Trình bày vấn đề hạt Higgs (lý thuyết và thực nghiệm

Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Câu 5: Trình bày vấn đề hạt Higgs (lý thuyết thực nghiệm) BÀI LÀM I TỔNG QUAN LỊCH SỬ Vào năm 1964, Peter Higgs gửi công trình mô tả thuật toán mang lại khối lượng cho hạt (vấn đề chưa giải lý thuyết thời điểm đó) đến tạp chí chuyên ngành "Physical Review Letters" Đầu tiên, nhà thẩm định tờ báo không tin vào ý tưởng Bài viết bị từ chối nhanh chóng "Họ cho điều liên quan đến vật lý cả", ông Higgs nói Bài viết có vỏn vẹn phương trình dài có trang rưỡi [17] Cuối cùng, đến phiên thứ hai tờ báo đồng ý đưa in Thời gian ngắn sau đó, bàn đến lý thuyết Peter Higgs [17] Hình Ông Peter Higgs lần viếng thăm CERN (tháng năm 2008): "Có lẽ đơn giản có may mắn" Nhưng kể từ đó, Higgs không trở thành giáo sư, ông không đạt thành tựu khác Ông nhà vật lý bình thường, ông chẳng phủ nhận điều "Có lẽ đơn giản có may mắn", ông giải thích [17] Thế trang rưỡi năm 1964 làm cho ông tiếng mà mang lại hậu nhiều đầu tư khổng lồ Từ nhà khoa học cố gắng chứng minh hạt Higgs với máy gia tốc hạt ngày lớn Trong vài thập kỷ qua, ngành vật lý hạt xây dựng mô hình lý thuyết thống (SM), tạo nên khuôn khổ hiểu biết hạt lực tự nhiên Một thành phần mô hình trường lượng tử giả thiết phổ biến, chịu trách nhiệm cung cấp khối lượng cho hạt Trường có tên gọi trường Higgs Nó hệ lưỡng tính sóng-hạt học lượng tử, tất trường lượng tử có hạt kèm Hạt kèm với trường Higgs gọi hạt Higgs, hay boson Higgs, theo tên nhà vật lý Peter Higgs Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo II Cao hoc VLLT DHKHTN K19 THỰC NGHIỆM Tìm kiếm boson Higgs đòi hỏi chút thủ thuật Giống đa số hạt hạ nguyên tử, không bền, tồn lượng cao Loại lượng có sau Big Bang, cho hạt hạ nguyên tử lao vào tốc độ gần ánh sáng [1] Do việc tìm hạt Higgs gắn liền với phát triển máy gia tốc va chạm hạt, nói thiếu Vì vậy, trình phát triển máy gia tốc trình tiến gần tới hạt Higgs Do theo dõi “truy lùng hạt Higgs” theo dõi phát triển nhũng máy gia tốc Điểm qua trình phát triển số máy gia tốc II.1 Máy gia tốc LHC (Large hadron collider) Máy LHC chế tạo Tổ chức nghiên cứu hạt nhân Châu Âu (CERN), nằm bên mặt đất biên giới Pháp-Thụy Sĩ núi Jura dãy Alps gần Genève, Thụy Sĩ Dự án cung cấp kinh phí chế tạo với tham gia cộng tác tám nghìn nhà vật lý 15 quốc gia hàng trăm trường đại học phòng thí nghiệm Những tia hạt dẫn vào máy ngày 10 tháng năm 2008, phải chờ khoảng đến tuần sau có đợt va chạm với lượng cực lớn [1] Hình Bản đồ vị trí LHC II.1.1 Thiết kế vận hành LHC chứa đường hầm vòng tròn với chu vi 27 km, nằm độ sâu từ 50 đến 175 m mặt đất Đường kính hầm 3,8 m, có cấu trúc bê tông, xây dựng năm từ 1983 đến 1988, nguyên dùng làm nơi chế tạo máy Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Large Electron-Positron Collider (LEP) Trên mặt công trình bao gồm nhiều thiết bị hỗ trợ máy nén, quạt gió, thiết bị điện tử điều khiển thiết bị làm mát [18][19] Đường hầm chứa LHC có hai đường dẫn tia hạt song song sát nhau, giao điểm, đường chứa tia proton, lưu chuyển vòng quanh vòng tròn từ hai hướng ngược Có 1.232 nam châm lưỡng cực giữ cho tia đường tròn, thêm vào 392 nam châm tứ cực dùng để giữ tia hội tụ, để làm cho hội va chạm dòng hạt điểm giao cao Tổng cộng có 1.600 nam châm siêu dẫn trang bị, với nặng lên tới 27 Cần tới khoảng 96 heli lỏng để giữ nam châm hoạt động nhiệt độ 1,9 độ K, khiến cho LHC trở thành thiết bị siêu lạnh lớn giới với nhiệt độ heli lỏng[18][19] Các nam châm điện tứ cực siêu truyền dẫn dùng để giữ tia hạt tới điểm tương tác, nơi xảy va chạm hạt proton Một hai lần ngày, động hạt proton gia tăng từ 450 GeV lên đến TeV, từ trường nam châm siêu dẫn lưỡng cực tăng từ 0.54 lên 8.3 tesla (T) Các proton đường dẫn có lượng đạt TeV, giúp cho lượng va chạm đối diện đạt 14 TeV (tương đương 2.2 μJ) Ở mức lượng này, proton có hệ số Lorentz 7.500 di chuyển với vận tốc 99,9999991% vận tốc ánh sáng Mỗi giây chúng bay quanh đường hầm 11,000 vòng Các proton tia liên tục, thay vào tạo thành chùm, với khoảng 2,808 chùm, với số lượng đó, khoảng thời gian va chạm không ngắn 25 ns Khi máy gia tốc lần sử dụng, hoạt động với số chùm hơn, khoảng cách thời gian chùm 75 ns Số chùm sau tăng lên quãng cách cuối 25 ns [21] Trước đưa vào gia tốc chính, hạt qua chuỗi hệ thống làm tăng lượng chúng Hệ thống máy gia tốc hạt tuyến tính Linac gia tốc proton lên động 50 MeV, sau đưa vào máy Proton Synchrotron Booster Các proton tăng tốc lên 1.4 GeV dẫn vào máy Proton Synchrotron (PS), chúng đạt động 26 GeV Cuối máy Super Proton Synchrotron (SPS) dùng để tăng lượng chúng lên 450 GeV trước dẫn vào (qua giai đoạn 20 phút) vòng tròn Tại chùm proton tích lũy tăng tốc lên lượng đỉnh TeV, cuối chúng dự trữ 10 đến 24 tiếng va chạm xảy giao điểm [22] Máy LHC dùng để tạo va chạm ion nặng chì (Pb) với lượng tương tác 1150 TeV Các ion Pb gia tốc máy gia tốc tuyến tính Linac 3, máy phun lượng thấp Low-Energy Injector Ring dùng làm lưu trữ ion làm mát Các ion sau gia tốc lên thêm băng máy PS SPS trước dẫn vào máy LHC, chúng đạt lượng 2,76 TeV hạt nhân [1] Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 II.1.2 Các phân tích Hinh Bộ phân tích CMS detector (Compact Muon Solenoid) LHC Sáu phân tích (detector) xây dựng hệ thống LHC, nằm hang lớn bên mặt đất đào điểm giao LHC Hai số đó, ATLAS experiment Compact Muon Solenoid (CMS), phân tích hạt đa mục đích có kích thước lớn [19] Hai A Large Ion Collider Experiment (ALICE) LHCb có chức riêng biệt hơn, hai lại nhỏ nhiều TOTEM LHCf dành cho nghiên cứu chuyên môn đặc biệt Bản tóm tắt BBC phân tích [23]: • ATLAS – hai phân tích đa mục đích ATLAS sử dụng để tìm kiếm dấu hiệu vật lý học mới, bao gồm nguồn gốc khối lượng chiều phụ trợ • CMS – phân tích đa mục đích khác, giống với ATLAS, lùng sục hạt Higgs tìm kiếm manh mối chất vật chất tối • ALICE – nghiên cứu dạng "lỏng" vật chất gọi quark-gluon plasma, dạng tồn ngắn sau Vụ nổ lớn • LHCb – so sánh lượng vật chất phản vật chất tạo Vụ nổ lớn LHCb cố gắng tìm hiểu chuyện xảy phản vật chất "bị thất lạc" II.1.3 Quá trình hoạt động 10/09/2008 : bắt đầu vào hoạt động 19/09/2008: kết nối điện nam châm bị hỏng, gây phản ứng dây chuyền dẫn đến hư hại nặng: Một số nhiều nam châm khổng lồ tạo nên trái tim máy gia tốc trở nên nóng - hay lạnh Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Trong vấn với Đài "Tiếng nói nước Nga", đại diện Trung tâm nghiên cứu CERN, Frederick Bordry cho biết điều này: "Khúc mắc chỗ, kết nối cáp đồng số 10 nghìn không hàn Thất thoát nhiệt dẫn tới heli lỏng lọt vào buồng chân không, áp lực tăng lên, làm hỏng khoảng 50 đoạn nam châm siêu dẫn Chúng kiểm tra lại 10 nghìn kết nối phát trường hợp nhất" 20/11/2009: cỗ máy bắt đầu hoạt động trở lại Hồi tháng 3/2010, tạo dòng hạt công suất 3,5 TeV - teraelectronvolt II.1.4 Chi phí Tổng chi phí cho dự án yêu cầu mức từ 3,2 đến 6,4 tỷ € [19] Công trình LHC đồng ý vào năm 1995 với kinh phí 2,6 tỷ franc Thụy Sĩ (1,6 tỷ €), công với 140 triệu € cho nghiên cứu Tuy nhiên, chi phí tăng lên, theo ước lượng năm 2001, máy gia tốc cần chi phí 300 triệu € (480 triệu franc), thí nghiệm cần 30 triệu € (50 triệu franc), với việc cắt giảm chi phí CERN, thời gian dự kiến hoàn thành chuyển từ năm 2005 sang tháng năm 2007 [24] Những nam châm siêu dẫn cần mức giá tăng thêm 120 triệu € (180 triệu franc) Ngoài có nhiều trở ngại việc xây hang ngầm cho máy Compact Muon Solenoid, nơi gây tai nạn chết người [25] II.2 Sứ mạng LHC Sau vấn đề lớn mà nhà vật lý kỳ vọng có câu trả lời nhờ máy gia tốc LHC (và ILC) Sự truy tìm hạt Higgs toán lề Nhưng sau toán hàm ẩn nhiều toán khác như: lực hấp dẫn lại yếu lực khác nhiều đến thế? vật chất tối ? đâu chất không thời gian? phải vật chất tối loại hạt mới? Và điều đáng ý vấn đề lại liên quan với với vấn đề hạt Higgs Có thể liệt kê cụ thể vấn đề: 1) Kiểm tra Mô hình Chuẩn nghiên cứu điều phá vỡ đối xứng điện yếu: vấn đề trung tâm tìm hạt Higgs 2) Phát hạt siêu đối xứng: theo lý thuyết siêu đối xứng SUSY (SuperSymetry) ứng với hạt fermion có spin bán nguyên tồn hạt siêu đối xứng boson có spin nguyên ngược lại Lý thuyết siêu đối xứng quan trọng cho sơ đồ thống loại tương tác (Franck Wilczek, Nobel Vật lý 2004) 3) Vật chất tối: hạt WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles-những Hạt có Khối lượng Tương tác Yếu với ) hạt suy từ siêu đối xứng, hạt nhẹ WIMPs neutralino ứng viên vật chất tối 4) Liệu có tồn chiều thêm (extra dimension) không thời gian chiều (1 chiều thời gian chiều không gian) không? Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 II.3 Manh mối tìm hạt Higgs Peter Renton, nhà vật lý hạt thuộc Đại Học Oxford, cho công bố phương pháp tiếp cận hạt Higgs tạp chí khoa học danh tiếng Nature Ông cho biết lần manh mối hạt Higgs nhờ nhà nghiên cứu sở nghiên cứu nguyên tử Thụy Sỹ Nếu phát Renton xác khối lượng Higgs boson xác định vào khoảng 115 gigaelectronvolt [5] Hình : Biểu đồ phức hợp với có mặt boson Higgs Niềm tin Renton tín hiệu máy LEP Geneva (Thụy Sỹ) tạo ra.(LEP ngừng hoạt động để thay LHC) Tuy nhiên, có 9% khả tín hiệu tạo từ "tiếng động" [16][5] Hạt Higgs có độ bất ổn định cao, chúng nhanh chóng phân rã tạo Tiến sĩ Renton cho biết ông có chứng gián tiếp từ việc quan sát hành vi loại hạt khác máy va chạm, phù hợp với số 115 gigaelectronvolt - khối lượng hạt Higgs [5] II.4 Những chứng Higgs boson Fermilab Theo kết công bố Phys Rev Lett 98 (2007) 081802, nhà vật lý làm việc đề tài HyperCP Fermilab (Mỹ) khẳng định họ vừa có kết ban đầu Higgs boson Tuy nhiên, để khẳng định đắn, Lý thuyết Trường thống (SM) vật lý hạt phải nhường chỗ cho lý thuyết siêu đối xứng Tuy nhiên, nhà vật lý phân tích số liệu từ thí nghiệm HyperCP Fermilab vào tháng 1/2006 phát biểu phòng thí nghiệm đạt điều lần Thí nghiệm bao gồm việc bắn phá chùm proton bia cố định, làm xuất "sự kiện" hạt Sigma + phân rã thành photon cặp muon, phản muon Mặc dù "sự kiện" thường không liên quan đáng kể đến nhau, German Valencia (Đại học Tổng hợp bang Iowa, Mỹ) đồng Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 nghiệp giả định kiện hiểu chứng cho hạt với khối lượng 214,3 MeV, họ đặt cho tên "hạt HyperCP" Do nhẹ có xác suất tương tác yếu, HyperCP không phù hợp với mô hình trường thống Tuy nhiên, giải thích cách sử dụng "Mô hình thống siêu đối xứng gần cực tiểu" (Next-to-minimal supersymmetric standard model - NMSSM) Đây số mô hình siêu đối xứng, có xu hướng lý giải lực lại có khác biệt đến cường độ cách giả thiết nhiều số hạt Trong mô hình NMSSM, có Higgs boson, nhóm Valencia cho hạt HyperCP hạt nhẹ số Mặc dù cần phải cần thêm chứng so với kiện HyperCP để thuyết phục khác nhà vật lý tiến đến lý thuyết NMSSM Đây lần nhà vật lý tuyên bố Higgs phận khác lý thuyết siêu đối xứng John Conway Tommaso Dorigo giả thiết "bơm" 160 GeV Fermilab Higgs boson mô hình chấp nhận nhiều Minimal supersymmetric standard models (MSSM) II.5 Những kết LHC Gặp gỡ Blois lần thứ 22 diễn từ ngày 15 đến 20-7-2010 đưa phân tích kết thu LHC, Gặp gỡ Blois 2010 lắng nghe báo cáo vấn để thời khác vật lý hạt bản, săn lùng hạt Higgs Hội nghị vật lý hạt lượng cao (HEP-International Conference on High Energy Physics) vừa diễn Paris, Pháp từ ngày 22 đến ngày 28 tháng 7, năm 2010 Tại hội nghị này, số liệu máy gia tốc LHC phân tích công bố “Gặp gỡ Blois” Ngay sau hội nghị Paris, hội nghị vễ tinh tổ chức thành phố Orsay (Pháp) từ ngày 29 đến 31 tháng với tiêu đề “Higgs Hunting”– nơi giới thiệu so sánh kết thu từ hai phòng thí nghiệm đại bậc lĩnh vực HEP Tevatron ( Mỹ) LHC [16] II.6 Tìm hạt Higgs mà không cần LHC Một nghiên cứu đề xuất có phương pháp rẻ tiền nhiều nhằm tìm câu trả lời hạt Higgs, mà không cần đến cỗ máy gia tốc hạt khổng lồ Theo Marco Taoso thuộc CERN đồng sự, hạt Higgs danh tiếng để lại dấu vân tay ánh sáng tạo va chạm vật chất tối Các nhà nghiên cứu nghĩ trông thấy dấu hiệu phổ mách bảo Higgs theo cách vòng năm – có khả sớm so với mớ liệu LHC lộn xộn loại hạt Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Hình kính thiên văn Fermi Vật chất tối cho cấu thành 80% vật chất vật chất không tương tác qua chế điện từ nên có mặt suy luận từ tác động hấp dẫn lên vật chất bình thường [16] Đa số mô hình vũ trụ học đề xuất vật chất tối phổ biến khứ xa xôi, điều khiến nhà vật lí giả sử hạt vật chất tối hủy lẫn qua va chạm Mặc dù thân vật chất tối không tương tác với ánh sáng (vì gọi “tối”), hủy cặp phát photon hạt khác, có khả hạt Higgs [16] Các nhà nghiên cứu khẳng định việc phát hạt Higgs vấn đề ghi lại vết tích photon với với lượng phản ánh khối lượng Higgs Nếu tính toán họ đúng, kính thiên văn tia gamma kính Fermi thấy chứng [16] II.7 Dự án máy ILC (International Linear Collider) Ngay trước lúc LHC khởi động, nhà vật lý có dự án xây dựng máy gia tốc tên ILC với độ dài gần 30 km có khả thực va chạm electron phản hạt positron tốc độ gần tốc độ ánh sáng Mục đích máy ILC giúp nhà vật lý nghiên cứu tiếp kết khám phá nhờ LHC Hơn 1.600 nhà khoa học từ 300 phòng thí nghiệm trường Đại học giới hợp tác thiết kế máy ILC Chi phí cho ILC lên đến 6,7 tỷ USD Ba địa điểm chọn để xem xét là: CERN (Geneve), Phòng thí nghiệm quốc gia Fermi (Batavia) địa điểm Nhật [16] III LÝ THUYẾT III.1 Sự đời hạt Higgs lý thuyết Hạt Higgs đời mô hình thống, giải thích nguyên nhân gây khối lượng quán tính hạt Higgs gây bất đối xứng nhóm gauge Hạt Higgs (hay xác trường với – trường Higgs) cho lấy khối lượng chúng thông qua tương tác với trường phổ biến (trường Higgs), hạt Higgs mang theo “bám” lên hạt khác từ cung cấp cho chúng tính chất gọi khối lượng Hạt Higgs boson có spin không [2][3] Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Xét ví dụ chế Higgs: Nhóm đối xứng gauge U(1) Xét hệ gồm trường vô hướng tích điện φ ( x) trường điện từ Aµ ( x) mô tả Lagrangian bất biến gauge sau: L = Dµφ + D µφ − αφ +φ − β (φ +φ ) − Fµν F µν sur = ∂ µφ + ∂ µφ − αφ +φ − β (φ +φ ) − Fµν F µν + iqφ + ∂ µφ Aµ + q 2φ +φ Aµ Aµ (1) Fµν ≡ ∂ µ Aν − ∂ν Aµ Trong đó: Cơ chế Higgs thể tương tác trường gauge trường φ có 〈0 φ ( x ) 0〉 = v ≡ eiγ v ≠ ϕ° Để trình bày gọn giữ tính tổng quát, ta đặt γ = Đưa vào σ° xác định phương trình φ ( x) = e iϕ° ( x ) 2v [σ° ( x) + v (2) Khai triển vế phải biểu thức (2) ta φ ( x) = ° [σ ( x) + v + iϕ° ( x)] + (các số hạng từ hai thừa số trường trở lên) Và từ đó: σ° ( x) = σ ( x) + ϕ° ( x) = ϕ ( x) + Vì bất biến gauge nên Lagrangian (1) giữ nguyên dạng thay φ ( x) Aµ ( x) φ% ( x) ± Aµ xác định φ% ( x) = e − iϕ° ( x ) 2v φ ( x) = ± ( x) ≡ A ( x ) − ∂ A µ µ µ ° (σ ( x) + v ) ϕ° ( x ) 2vq Kết là: Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo L= Cao hoc VLLT DHKHTN K19 ° µ° α ° ° µν q 2α ± ° µ ∂ µ σ ∂ σ + ασ° + − F µν F − Aµ A 4β 2β (3) µ β 1 α ° µ° − −αβ σ° − σ° + q ± Aµ °A σ° + − ± Aµ A σ q β Bây ta đồng ±Aµ , σ° với trường vật lý, viết lại Lagrangian (3), bỏ dấu α2 : không quan tâm tới số hạng (không mang ý nghĩa): 4β 1 1 ∂ µσ ∂ µσ − mσ2σ − Fµν F µν + mA2 Aµ Aµ 2 β 1 α − −αβσ − σ + q Aµ Aµσ + − Aµ Aµσ q β L= Trong đó: mσ = −2α , mA = − α q β Như trường gauge Aµ trở nên có khối lượng mA , trương Goldstone ϕ không khối lượng biến Một mẩu chuyện LHC nêu thuyết trình tiến sĩ Brian Cox: Vào năm 1980, CERN xin tài trợ cho LHC từ phủ Anh, bà Magaret Thatcher lúc nói: "Nếu anh giải thích thứ ngôn ngữ mà trị gia hiểu anh có tiền Tôi muốn biết thứ gọi hạt Higgs làm gì?" Và thú vị rằng, nhà khoa học lúc nảy ý tưởng này: Trong phòng đông người, người hạt Higgs Khi hạt di chuyển vũ trụ, tương tác với hạt Higgs Lấy ví dụ này: người không biết đến di chuyển qua phòng này, hẳn người chẳng thèm đoái hoài; người dễ dàng nhanh chóng qua phòng (và lúc tốc độ họ nhanh, trường hợp không thèm để ý tới họ, họ di chuyển với tốc độ ánh sáng, tức họ khối lượng - massless) Lấy thêm ví dụ khác: Một người quan trọng, giả dụ bà Magaret Thatcher vào phòng, tức bà bao quanh người phòng Và họ vây quanh bà, bà di chuyển qua đám đông khó khăn chậm chạp Chính thế, bà "nặng" 10 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Hai ví dụ mà nhà khoa học nghĩ khái quát hóa xác chức hạt Higgs Và LHC tiền [16] Mô hình thống (SM - Standard model) vật lý hạt thuyết miêu tả tương tác mạnh, tương tác yếu, tương tác điện từ hạt tạo nên vật chất Được phát triển vào năm đầu thập niên 1970, mô hình thống phần lý thuyết trường lượng tử, lý thuyết kết hợp học lượng tử với thuyết tương đối hẹp Ngày nay, hầu hết thí nghiệm kiểm chứng lực miêu tả mô hình thống dự đoán thuyết Tuy nhiên, mô hình thống chưa thuyết thống lực tự nhiên cách hoàn toàn, vắng mặt lực hấp dẫn [1][2][3] Mô hình thống chứa hai loại hạt fermion boson Fermion hạt có spin bán nguyên tuân thủ theo nguyên lý loại trừ Wolfgang Pauli Các hạt boson có spin nguyên không tuân theo nguyên lý Pauli Khái quát hóa, fermison hạt vật chất boson hạt truyền tương tác Trong mô hình thống, thuyết điện từ - yếu (bao gồm tương tác yếu lẫn lực điện từ) kết hợp với thuyết sắc động lực học lượng tử Tất thuyết lý thuyết gauge, có nghĩa chúng mô hình hóa lực fermion cách tạo boson, có tác dụng thành phần trung gian Hệ Lagrangian tập hợp hạt boson trung gian không thay đổi dạng biến đối gọi biến đổi gauge, boson gọi gauge boson Các boson Mô hình thống là: • • • • Photon, hạt trung gian tương tác điện từ W Z boson, hạt trung gian lực hạt nhân yếu gluon, hạt truyền trung gian lực hạt nhân mạnh số gluon đánh dấu cặp "màu" "đối màu" (ví dụ hạt gluon mang màu "đỏ" "đối đỏ"), gluon lại cặp màu "pha trộn" phức tạp Higgs boson, hạt gây bất đối xứng nhóm gauge, loại hạt tạo khối lượng quán tính Biến đổi gauge gauge boson miêu tả nhóm unita, gọi nhóm gauge Nhóm gauge tương tác mạnh SU(3), nhóm gauge tương tác yếu SU(2)xU(1) Vì vậy, mô hình thống thường gọi SU(3)xSU(2)xU(1) Higg boson boson không thuộc gauge boson, tính chất boson đươc bàn cãi Graviton boson cho hạt truyền tương tác tương tác hấp dẫn, không nhắc đến Mô hình thống Có 12 dạng fermion khác mô hình thống Cùng với hạt proton, neutron electron, fermion cấu thành phần lớn vật chất Mô hình thống xác định electron hạt bản; proton neutron hạt tổ hợp, 11 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 tạo hạt nhỏ có tên gọi quark Các hạt quark dính với tương tác mạnh Các hạt fermion nhắc đến Mô hình thống là: Các fermion Mô hình thống Symbol Electric charge Weak charge Weak isospin Hypercharge Color charge Mass Electron e -1 -1/2 -1/2 0.511 MeV Electron neutrino νe +1/2 -1/2 < 50 eV Positron ec 1 1 0.511 MeV 0 < 50 eV Fermion Generation Electron antineutrino Up quark u +2/3 +1/2 +1/6 ~5 MeV Down quark d -1/3 -1/2 +1/6 ~10 MeV Anti-up antiquark uc -2/3 -2/3 ~5 MeV Anti-down antiquark dc +1/3 +1/3 ~10 MeV Muon μ -1 -1/2 -1/2 105.6 MeV Muon neutrino νμ +1/2 -1/2 < 0.5 MeV Anti-Muon μc 1 1 105.6 MeV 0 < 0.5 MeV +2/3 +1/2 +1/6 ~1.5 Generation Muon antineutrino Charm quark c 12 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 GeV ~100 MeV Strange quark s -1/3 -1/2 +1/6 Anti-charm antiquark cc -2/3 -2/3 ~1.5 GeV Anti-strange antiquark sc +1/3 +1/3 ~100 MeV Tau τ -1 -1/2 -1/2 1.784 GeV Tau neutrino ντ +1/2 -1/2 < 70 MeV Anti-Tau τc 1 1 1.784 GeV 0 < 70 MeV t +2/3 +1/2 +1/6 178 GeV Bottom quark b -1/3 -1/2 +1/6 ~4.7 GeV Anti-top antiquark tc -2/3 -2/3 178 GeV Anti-bottom antiquark bc +1/3 +1/3 ~4.7 GeV Generation Tau antineutrino Top quark Các fermion xếp lớp, lớp thứ có chứa electron, quark (up), quark (down) electron neutrino Tất vật chất nguyên sinh tạo nhóm hạt lớp đầu tiên; hạt lớp cao phân rã nhanh chóng xuống lớp thứ tổng hợp thời gian thực ngắn, thông qua thí nghiệm lượng cao Lý để xếp fermion vào lớp khác đặc điểm chúng gần giống nhau, ví dụ electron muon có spin bán nguyên có điện tích electron, khối lượng muon lớp gấp 200 lần khối lượng electron, chúng xếp vào lớp riêng biệt III.2 Các thách thức trước mặt mô hình thống 13 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Mặc dầu mô hình thống có thành công lớn việc giải thích kết thực nghiệm, song chưa thể trở thành thuyết hoàn chỉnh vật lý Đó nguyên nhân: • Mô hình chứa 19 tham số tự do, khối lượng hạt Các tham số tính toán cách độc lập • Mô hình không miêu tả tương tác hấp dẫn Hiện tại, mô hình gặp thử thách không nhỏ, nghi vấn xuất số không bền, c hay e, hay số mạng tinh thể Nếu định luật vật lý chứng có vị trí phụ thuộc khác tọa độ đặc biệt không gian, điều có nghĩa tất thí nghiệm sử dụng để chứng minh cho mô hình thống không hợp lệ [1][16] III.3 Vẫn giải thích vấn đề khối lượng mà không cần hạt Higgs Theo ý tưởng chung hạt Higgs hạt (vậy có spin), song hạt Higgs lại spin trước nhà vật lý xây dựng lý thuyết đa sắc (technicolor) mô tả hạt Higgs hạt phức hợp (composite) cấu tạo hạt techniquark (có spin bán nguyên), giống cặp Cooper siêu dẫn cấu tạo hai electron Đây hướng phát triển ý Song hạt Higgs không tồn tồn chiều thêm (extra dimension) không thời gian vấn đề khối lượng hạt giải được, Christophe Grojean (CEA, Saclay CERN) phát biểu Ông cộng xây dựng lý thuyết có nhiều triển vọng để phát triển SM mà không cần đến tồn hạt Higgs [7] Lý thuyết Grojean nhiều người khác dựa ý tưởng Theodor Kaluza & Oskar Klein: thay thêm hạt thêm chiều thêm không thời gian Như Grojean đưa thêm chiều thêm thứ năm vào không thời gian thông thường Trong công thức tiếng Einstein E = mc 2, lượng, khối lượng xung lượng đại lượng biến đổi qua lại Do không điều ngăn cản đoán nhận xung lượng chuyển động hạt dọc theo chiều thêm thứ năm khối lượng biểu không thời gian chiều thông thường Khối lượng xác định độ dài chiều thêm điều kiện biên (BC-Boundary Conditions) biên chiều thêm Theo nguyên lý học lượng tử chiều dài BC gây nên phổ khối lượng Tương tự dây đàn rung động theo harmonic ấn định chiều dài dây BC, kích thước chiều thêm thứ năm BC ấn định trị số phổ nói Và lẽ dĩ nhiên harmonic thấp tương ứng với boson W & Z biết SM Như lý thuyết xuất nhiều hạt khác W’, W’’ ,Z’, Z’’ ( ứng với harmonic cao hơn) với đặc trưng tương tự, song khối lượng lớn Những hạt trạng thái kích thích KK ( trạng thái kích thích gọi tháp KK - Kaluza-Klein tower) Christophe Grojean cho nhờ việc tính 14 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 đến hạt có khối lượng lớn mà giải vấn đề phân kỳ lý thuyết điện yếu [7] Như vừa giữ lại ưu điểm SM vừa tạo khối lượng cho hạt mà không cần đến tồn hạt Higgs! Trong phổ khối lượng hạt W & Z xuất thêm nói nhiều hạt khác nặng (cỡ 500 đến 1000 eV), hạt có khả làm triệt tiêu đại lượng phân kỳ xuất phép tính toán SM xét không thời gian chiều thông thường Mô hình Grojean có mối tương đồng với mô hình Randall-Sundrum [7] Vấn đề làm để thu khối lượng hạt W & Z Năm 2003 nhà vật lý lý thuyết xây dựng mô hình hình học hyperbolic chiều ứng với không gian AdS (anti de-Sitter) Và họ thành công việc giải thích vấn đề khối lượng SM Trong ngữ cảnh đoán nhận khối lượng hạt W & Z dấu ấn không gian chiều để lại xung lượng chúng chiều thêm thứ năm Như ta có không gian chiều (1 chiều thêm ) không thời gian chiều thông thường, tình để áp dụng ánh xạ holographic Ad /CFT Hình học tạo nên tất ưu điểm hạt Higgs mà không gây nên bất tiện, khó khăn chưa cầu cứu đến hạt Higgs, hạt Higgs tan biến chiều thêm thứ năm Andreas Birkedal & Konstantin Matchev (Đại học Florida) Maxim Perelstein ( Đại học Cornell) phương pháp thực nghiệm LHC để phân biệt hai phương án: giả thuyết hạt Higgs lý thuyết hình học hyperbolic Christophe Grojean cho lý thuyết hạt Higgs không xuất mà bên cạnh hạt tương tự hạt W & Z quan sát nhiều hạt khác với khối lượng lớn hơn, W’, W’’,Z’, Z’’ Máy LHC giúp phân biệt hai tình sau [7]: Tình I Hình Hạt Higgs tồn (hình 6): lúc hai electron va chạm nhau, chúng trao đổi hạt photon (tương tác điện từ), boson W Z (tương tác yếu) hạt Higgs xuất Tình II 15 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Hình Hạt Higgs không tồn (hình 7): electron va chạm chúng trao đổi photon (tương tác điện từ) hạt boson Z, Z’, Z’’ boson W, W’, W’’(tương tác yếu) Bruno Mansoulie nhấn mạnh lý thuyết khẳng định tồn chiều thêm chiều không thời gian thông thường Và lý thuyết hình học hyperbolic trớ trêu số phận: máy gia tốc khổng lồ LHC xây dựng với mục đích tìm hạt Higgs lại máy gia tốc xây dựng nên để phủ nhận vĩnh viễn tồn hạt Higgs III.4 Có hạt Higgs? Trong thí nghiệm gọi Dzero phòng thí nghiệm máy gia tốc phân tử Tevatron, nhà khoa học phát va chạm proton phản proton thường tạo cặp phần tử vật chất cặp phản vật chất Đồng tác giả nghiên cứu Adam Martin – nhà vật lý lý thuyết Fermilad cho biết khác biệt dù nhỏ, 1% giải thích mô hình lý thuyết thống khẳng định tồn hạt Higgs đơn lẻ Tuy nhiên, kết Dzero lí giải nhà khoa học thừa nhận hạt Higgs có năm phần tử - mở rộng mô hình lý thuyết thống gọi Mô hình cặp đôi hạt Higgs Theo nhà khoa học, nhiều hạt Higgs tồn tại, chúng tương tác với vật chất cách khác nhau, điều dẫn đến nhóm vật lý chưa khám phá đằng sau Mô hình thống “Bước kế hoạch mở rộng Mô hình thống thêm vào nhiều hạt Higgs”, Martin cho biết Nếu nhóm nghiên cứu Martin hạt Higgs thực hạt, điều dò cỗ máy LHC Thụy Sĩ Đồng tác giả nghiên cứu Martin tin tưởng thấy hạt Higgs kỉ nguyên LHC [16] David Evans, nhà vật lý ĐH Birmingham kiêm lãnh đạo dự án ALICE LHC bày tỏ quan điểm email: “Cá nhân nghĩ khả 16 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 có hạt Higgs khác Nhưng điều chứng minh khiến nghiên cứu LHC thú vị nhiều.” Wolfgang Mader từ Đại học Kỹ thuật Dresden (Đức), người chịu trách nhiệm máy dò thí nghiệm "Atlas" nói: " Cũng có biến thể hạt Higgs lý thuyết siêu đối xứng đưa Cũng tồn hạt Higgs phủ định Trong mô hình NMSSM, có Higgs boson, nhóm Valencia cho hạt HyperCP hạt nhẹ số III.5 Alain Connes: dự đoán khối lượng hạt Higgs top quark Ali H Chamseddine, Alain Connes Matilde Marcolli tranh luận với báo họ [16]: Gravity and the standard model with neutrino mixing việc dự đoán khối lượng Hạt Higgs top quark Bài báo kết hợp lý thuyết gauge coupling unification với GUT (Lý thuyết thống lớn), từ liên hệ đến khối lượng top quark hạt W Chính xác hơn, họ dẫn đến thang đo thống nhất: Đây công thức dài , nhiên tác giả khẳng định công thức chứa đựng thành phần lực hấp dẫn Đây công thức mới, đáng để giới vật lý hạt vật lý dây quan tâm Vế trái công thức xây dựng bình phương cặp ( coupling) Yukawa, có giá trị gần dẫn đến : Ba tác giả dự đoán khối lượng hạt Higgs, vào khoảng 170GeV Đây giá trị thú vị, đem đến tranh luận khác Dưới vài ý kiến đưa giới Vật lý Harvard [16]: • Sẽ không khó để dự đoán khối lượng chấp nhận hạt Higgs boson: tất mô hình tốt vật lý lượng cao dẫn đến khối lượng dự đoán Higgs vào khoảng 115 đến 170 GeV Nếu khối lượng nằm 17 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 115 GeV, quartic coupling ( ngũ cặp coupling) có giá trị âm, khoảng đó, thang đo TeV GUT, không cố định chân không Mặt khác, khối lượng vượt 170 GeV, hình thành cực Landau thang đo GUT Giá trị dự đoán Alain Connes gần mở rộng cực Landau mức lượng cao • Mối liên hệ khối lượng fermion W boson tồn mức lượng thấp, phương trình không bất biến RG flow Nếu chúng có ý nghĩa mức lượng cao, không thỏa mãn, xây dựng nhiều mô hình khác dẫn đến nhiều dự đoán mực lượng cao - ví dụ GUT với gauge boson Dự đoán xem kết tự nhiên đơn giản mức lượng giới hạn, thay vào kết ngẫu nhiên từ phép ngoại suy mức lượng cao [16] • Các nhà khoa học cố gắng đoán mối liên hệ giữ thang đo string cho khối lượng lớp rộng mô hình phát triển từ hấp dẫn lượng tử Nhưng đoán bị đổ vỡ Trong mô hình màng giới ( braneworlds) mổ hình dây không thống (heterotic strings), ta đạt giá trị số mũ cặp Yukawa coupling fermion Weyl nằm giao điểm màng riêng biệt điểm kỳ dị orbifold cặp coupling bị chi phối instantons (giả hạt) worldsheet Mặt khác, khối lượng W boson không bị ảnh hưởng chúng nằm "mô" , khác với giao điểm điểm kỳ dị [16] • Một mối liên hệ tổng quát bình phương cặp Yukawa coupling gauge coulping đặc điểm nằm dự đoán mô hình dựa phi cấu trúc ( deconstruction) tổng quát cặp Yukawa coupling có tham số gauge coulping số chiều lớn Các khả để tổng quát nhiều, Alain Connes đưa số nhiều khả II.6 Lý luận hạt vật chất tạo nên vũ trụ Giáo sư Hosoya Yu [1] thuộc trường Đại học Osaka (Nhật Bản) vừa đưa lý luận cho hạt Higgs boson - dùng để xây dựng mô hình lý thuyết thống hạt vật chất tối Lý luận chứng thực làm thay đổi lớn lý luận vũ trụ Higgs boson loại hạt cho nguồn gốc chất lượng vũ trụ hạt chưa tìm thấy số 62 hạt mô hình lý thuyết thống Theo lý luận nay, hạt Higgs boson không ổn định dễ biến dạng thành hạt khác, hạt vật chất tối loại hạt chiếm hầu hết khối lượng Trái Đất lại ổn định Giáo sư Hosoya Yu vũ trụ không dạng không gian chiều không gian thời gian mà không gian chiều nữa, có tác động lẫn hạt 18 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Từ giả thuyết suy luận hạt Higgs boson không phân rã mà có khả trạng thái ổn định không mang điện, có vật chất với hạt vật chất tối Theo phương tiện truyền thông, giáo sư Hosoya Yu trình bày miêu tả lý luận ông cho nhà vật lý Yoichiro Nambu - người đạt giải thưởng Nobel vật lý năm 2008 [16] Yoichiro Nambu cho rằng, lý luận chưa có đề cập đến nhiên lại có tính khả thi Hình Trên hình vẽ khối lượng số hạt xếp lớn dần từ trái sang phải (neutrino, electron, quark up, down, hạt muon, quark lạ,neutron, proton, quark duyên, quark đáy, boson W,Z, quark đỉnh, hạt HIGGS), vùng lượng hợp điện yếu, hợp mạnh & điện yếu, siêu dây, hấp dẫn lượng tử giới hạn máy LHC Tại có hệ thứ bậc vậy? Đây tóan hệ thứ bậc (hierarchy problem) khối lượng Một vấn đề khác liệu hạt Higgs có phải hay không hay hạt Higgs cấu tạo hạt khác (lý thuyết technicolor-đa sắc) Các chiều thêm (extra dimension) không thời gian Theo lý thuyết siêu dây không thời gian chiều tồn đến chiều gọi chiều thêm Không gian chiều thêm có nhiều dạng (nhiều tôpô): hình cầu, hình xuyến, hai hình xuyến giao tạo nên tay quai (handles), v.v (hình 9) 19 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 Hình Mỗi điểm không gian vĩ mô ẩn chứa đa tạp chiều thêm Các quy luật vật lý quan sát không gian vĩ mô phụ thuộc vào kích thước cấu trúc đa tạp chiều thêm Những chiều thêm làm thay đổi cường độ lực tích hợp chúng với Nếu có chiều thêm tích hợp xảy lượng vài TeV (thay 1012 TeV chiều thêm không thời gian không tồn tại) Kính viễn vọng GLAST: cửa sổ vào vũ trụ vùng lượng cao Gần lúc với việc khởi động LHC, NASA chuẩn bị phóng trạm thăm dò GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope- Kính Viễn vọng tia Gamma Vũ trụ Thị trường rộng) để phối hợp nghiên cứu LHC Nếu LHC thiết bị xây dựng mặt đất GLAST vệ tinh chuyển động vũ trụ Hai thiết bị nhằm nghiên cứu vấn đề lớn vật lý tương lai Mục tiêu Vệ tinh GLAST nhằm nghiên cứu vùng lạ (exotic) lỗ đen siêu nặng, vật chất tối, neutron nguồn tia gamma với lượng lớn GLAST cung cấp kết đồng dạng để tích hợp với kết LHC thu Đây phối hợp hoi khoa học Máy LHC thiết kế để tạo hạt tối, song hạt nhanh chóng biến khỏi IV KẾT LUẬN Tóm lại, nhà vật lý tìm nhiều phương cách để tiếp cận hạt Higgs (ngày 26/10/2010) hạt Higgs chưa xác nhận tìm thấy thông qua thực nghiệm Nhưng nhiều nhà khoa học lạc quan hai năm tới vấn đề hạt Higgs không bí ẩn Mọi hy vọng đặt vào Máy gia tốc hạt LHC IV.1 Những ý kiến lạc quan ông Frederick Bordry cho biết: “Chúng hy vọng sau đạt tới TeV (teraelectronvolt) cao hơn, tìm thấy boson năm 2011.Chúng mong rằng, sau ngưỡng định đạt tới lĩnh vực “vật lý mới” Khi ấy, khám phá số lượng lớn hạt mới” Người đứng đầu dự án LHC, ông Lyn Evans gọi LHC máy khám phá Ông cho biết nhà vật lý học tin họ tìm hạt Higgs Boson Và không tìm Higgs, nỗ lực vô ích Evans nói: “Sự theo đuổi hiểu biết người không phí phạm Có nhiều lý thuyết gia nói điều lý thú không tìm Higgs Boson Nếu không thấy ta phải tìm hiểu lại nó, thay nó.” GS Fabiola Gianotti, nhà vật lý hạt người Italy phụ trách ATLAS, detector lớn LHC, cho biết: “LHC khởi đầu kỷ nguyên mới, khó 20 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 tưởng tượng vật lý học; hy vọng làm thay đổi sách vật lý có.”[16] IV.2 Bên cạch ý kiến lạc quan ý kiến trái ngược nhà khoa học tên tuổi: Nhà vật lý lý thuyết tiếng người Anh Stephen Hawking, tác giả bestseller Lược sử thời gian đánh cược 100 USD hạt boson Higgs không tìm Mặt khác có quan điểm cho hạt Higgs hạt giả tưởng, “công cụ toán học” để dẫn khối lượng lý thuyết tính toán mô hình thống Nếu chắn không tìm thấy hạt Higgs, dù có lượng cao đến Đây trường hợp mà mô hình thống bộc lộ giới hạn nó, giống định lý học Newton giới hạn vận tốc nhỏ nhiều so với tốc độ ánh sáng Vì lý thuyết hạt có lối mở để tiếp đến chân trời Điều không phần thú vị, không muốn nói thú vị việc tìm Higgs phù hợp với dự đoán lý thuyết có sẵn! IV.3 Khi hạt Higgs tìm thấy Trên trang web giới thiệu hội nghị Higgs Hunting (http://higgshunting.fr/ ), người ta nhắc đến ba tên gắn liền với lý thuyết trường Higgs Robert Brout, Francois Englert Peter Higgs, nhiên có nhiều câu chuyện hành lang liên quan đến việc : Ai thực người đặt móng cho lý thuyết Higgs bosons, ba tên tuổi kia, người có tầm ảnh hưởng không ? Vì sau số liệu sơ khai (do LHC chưa chạy hết công suất 3.5 TeV / 7.0 TeV) công bố, giới vật lý hạt khả quan cho họ chạm vào được…hạt Higgs Vấn đề chỗ, có tới nhà khoa học đặt móng cho lý thuyết trường Higgs năm 1964 Nhóm Robert Brout Francois Englert đến từ Bỉ, sau Peter Higgs Scotland, Tom Kibble ( Anh) với đồng nghiệp Mỹ Gerald Guralnik Carl R Hagen Tất độc lập xây dựng lý thuyết để giải thích cho tượng Phá vỡ đối xứng tương tác điện yếu (Electroweak Symmetry Breaking) việc cho có chế tạo khối lượng thông qua trình phá vỡ tức thời đối xứng gauge, hệ xuất đại lượng scalar boson gọi Higgs Boson Hiện tại, không chạy đua Châu Âu ( CERN) với Mỹ ( Tevatron) việc kiểm chứng tồn hạt này, mà họat động hành lang,ngoại giao, có phần dính đến trị cho chủ nhân giải Nobel vật lý sau tồn hạt Higgs xác minh [16] Trong giải thưởng Nobel Hàn lâm viện Hoàng gia Thụy Điển trao tặng dành cho tối đa nhà khoa học lĩnh vực, với tên tuổi đầu, Robert Brout, Francois Englert Peter Higgs, công việc họ có lẽ nghỉ ngơi đón chờ kết thức, nhà vật lý sau đó, Tom Kibble, Gerald Guralnik Carl R Hagen nóng lòng Thực ra, họ tên tuổi lớn, công việc họ 21 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 không ngóng chờ giải Nobel, song với đồng nghiệp hàng triệu người khác đất nước họ, đường đến với giải thưởng gần đua trí tuệ , Nobel prize phần thưởng không dành cho cá nhân, mà công nhận niềm vui của quốc gia, dân tộc Nếu chứng minh được gọi hạt Chúa ông Peter Higgs, 79 tuổi giáo sư danh dự hưu, ứng cử viên sáng giá cho Giải Nobel Nếu đưa khả năng: A ) LHC không tìm điều B) LHC phát hạt Higgs mà thôi, không phát thêm điều khác C) LHC không phát hạt Higgs phát chiều thêm không thời gian Các nhà vật lý xem khả B lại khả mang tính tai biến, việc tìm hạt Higgs thắng lợi lớn hạt Higgs không tìm điều khác nhà vật lý rơi vào tình bế tắc, điểm chết (point mort) phát triển vật lý theo phương hướng Cho nên nhiều nhà vật lý cho có khả A có khả B Nếu khả A thực nhà vật lý xem vùng lượng LHC vùng chưa có tượng vật lý mới, điều đòi hỏi nhiều tìm tòi thú vị khác vùng lượng cao Khả C mở đường cho việc giải vấn đề khối lượng hạt Hiện nhà vật lý đứng trước tình nhiều ngả đường trình phát triển vật lý Những vấn đề khó khăn trước mắt tìm hạt Higgs, hạt siêu đối xứng, vật chất tối, chiều thêm (extra-dimensions) không thời gian Mặt khác nhà vật lý trang bị thiết bị lý tưởng máy gia tốc khổng lồ LHC Kinh phí lớn để xây dựng LHC gây áp lực lên tâm trạng nhà vật lý Song kinh phí khổng lồ chưa phải yếu tố quan trọng mà kết khó chờ đợi từ liệu LHC cung cấp thật gây nên tâm trạng lo lắng, hồi hộp nhà vật lý: họ đường? hay họ bị rơi vào bế tắc vào điểm chết? Mọi điều chờ đợi nhà vật lý phía trước 22 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Wikipedia [2] Nguyễn Ngọc Giao (2001), Hạt bản, Giáo trình giảng dạy học viên sau đại học chuyên ngành vật lí lý thuyết, Trường đại học khoa học tự nhiên Tp Hồ Chí Minh, Nhà xuất Đại học quốc gia [3] Nguyễn Ngọc Giao (2009), Hạt vũ trụ, NXB Giáo dục [4] Đào Vọng Đức, [5]: Nature: Physics get political over Higgs, http://www.nature.com/news/2010/100804/full/news.2010.390.html , accessed on August 5th, 2010 [6]: Nobel Prize : http://vi.wikipedia.org/wiki/Gi%E1%BA%A3i_Nobel, accessed on August 5th, 2010 [7] C.Csaki, Christophe Grojean, Hitoshi Murayama, Standard model Higgs boson from higher dimensional gauge jields, Phys.Rev D, 67, 085012, 2003 [8] Cao Chi, nguyên lý vật lý lượng tử, Tia Sáng, số – 20/02/2006 [9] Mathieu Grousson, Boson de Higgs, et s’il n’existait pas, Science & Vie, Janvier 2006 [10] Graham P.Collins, Chris Quigg, Barry Barish,Nicholas Walker & Hitoshi Yamamoto, The future of Physics, Scientific American số tháng 2/2008 23 Tranvanthao1985@yahoo.com Website: http://www.kilobooks.com Email : care@kilobook.com Trần Văn Thảo Cao hoc VLLT DHKHTN K19 [11] William B.Atwood, Peter F.Michelson & Steven Ritz,Window on the Extreme Universe, Scientific American, số tháng 12 /2007 [12] NASA (National Aeronautics and Space Administration - Cơ quan hàng không vũ trụ Mỹ) [13] Lawrence M.Krauss & Robert J.Scherrer, The end of cosmology, Scientific American tháng 3/ 2008 [14] Lawrence M Krauss & and Robert J Scherrer, The Return of a Static Universe and the End of Cosmology, Journal of General Relativity and Gravitation, Vol.39,No 10, October 2007 [15] Richard Feynman - The Character of Physical Laws, MIT Press, 1965 [16] Các trang web: http://thuvienvatly.com; http://www.vatlyvietnam.org; http://vietsciences.free; http://vietnamese.ruvr.ru; http://htx.dongtak.net; http://www.tin247.com; physicsworld.com [17] Spiegel Online [18] CERN Communication Group (tháng January năm 2008) “CERN FAQ — LHC: the guide” (PDF) trang 44 CERN Truy cập 12 tháng năm 2008 [19] Achenbach, Joel (1 tháng năm 2008) “The God Particle” National Geographic Magazine (National Geographic Society) ISSN 0027-9358 [20] “The Z factory” European Organization for Nuclear Research [21] “LHC commissioning with beam” CERN [22] Operational challenges of the LHC 53 Microsoft PowerPoint slides [23] Paul Rincon (9 tháng năm 2008) “Cern collider ready for power-up” BBC [24] Maiani, Luciano (16 tháng 10 năm 2001) “LHC Cost Review to Completion” CERN [25] Feder, Toni (December 2001) “CERN Grapples with LHC Cost Hike” Physics Today 54 (12): 21 http://www.aip.org/pt/vol-54/iss-12/p21b.html [26] Amostitle, Jonathan (8 tháng năm 2008) “'Climate crisis' needs brain gain” BBC 24 Tranvanthao1985@yahoo.com [...]... các thí nghiệm sử dụng để chứng minh cho mô hình chính thống đều không hợp lệ [1][16] III.3 Vẫn giải thích được vấn đề khối lượng mà không cần hạt Higgs Theo ý tưởng chung thì hạt Higgs là một hạt cơ bản (vậy có spin), song hạt Higgs lại không có spin cho nên trước đây các nhà vật lý đã xây dựng lý thuyết đa sắc (technicolor) mô tả hạt Higgs như là một hạt phức hợp (composite) cấu tạo bởi những hạt techniquark... thực nghiệm trên LHC để phân biệt hai phương án: giả thuyết về hạt Higgs và lý thuyết mới về hình học hyperbolic Christophe Grojean cho rằng nếu lý thuyết mới là đúng thì hạt Higgs không xuất hiện mà bên cạnh các hạt tương tự như các hạt W & Z sẽ quan sát được nhiều hạt khác với khối lượng lớn hơn, W’, W’’,Z’, Z’’ Máy LHC có thể giúp chúng ta phân biệt hai tình huống sau đây [7]: Tình huống I Hình 6 Hạt. .. những hạt tối, song các hạt này sẽ nhanh chóng biến khỏi IV KẾT LUẬN Tóm lại, các nhà vật lý đã tìm nhiều phương cách để tiếp cận hạt Higgs nhưng cho đến giờ (ngày 26/10/2010) hạt Higgs vẫn chưa được xác nhận đã tìm thấy thông qua thực nghiệm Nhưng nhiều nhà khoa học rất lạc quan trong một hoặc hai năm tới vấn đề hạt Higgs không còn là bí ẩn nữa Mọi hy vọng được đặt vào Máy gia tốc hạt LHC IV.1 Những ý... đáy, boson W,Z, quark đỉnh, hạt HIGGS) , các vùng năng lượng hợp nhất điện yếu, hợp nhất mạnh & điện yếu, siêu dây, hấp dẫn lượng tử và giới hạn của máy LHC Tại sao có hệ thứ bậc như vậy? Đây là bài tóan hệ thứ bậc (hierarchy problem) khối lượng Một vấn đề khác là liệu hạt Higgs có phải là cơ bản hay không hay hạt Higgs cũng được cấu tạo bởi những hạt khác cơ bản hơn (lý thuyết technicolor-đa sắc) Các... có 7 Higgs boson, và nhóm của Valencia cho rằng hạt HyperCP có thể là hạt nhẹ nhất trong số này III.5 Alain Connes: dự đoán khối lượng của hạt Higgs và top quark Ali H Chamseddine, Alain Connes và Matilde Marcolli đã tranh luận với nhau trong bài báo của họ [16]: Gravity and the standard model with neutrino mixing về việc dự đoán khối lượng của Hạt Higgs và top quark Bài báo này đã kết hợp lý thuyết. .. được chú ý Song nếu hạt Higgs không tồn tại nhưng tồn tại những chiều thêm (extra dimension) của không thời gian thì vấn đề khối lượng các hạt có thể giải quyết được, Christophe Grojean (CEA, Saclay và CERN) đã phát biểu như vậy Ông đã cùng cộng sự xây dựng một lý thuyết mới có nhiều triển vọng để phát triển SM mà không cần đến sự tồn tại của hạt Higgs [7] Lý thuyết của Grojean và nhiều người khác... đổi rất lớn lý luận về vũ trụ hiện nay Higgs boson là một loại hạt được cho là nguồn gốc chất lượng của vũ trụ và là hạt duy nhất chưa được tìm thấy trong số 62 hạt cơ bản trong mô hình lý thuyết chính thống Theo lý luận hiện nay, hạt Higgs boson rất không ổn định và rất dễ biến dạng thành các hạt khác, trong khi đó hạt vật chất tối là loại hạt chiếm hầu hết khối lượng Trái Đất lại đang rất ổn định Giáo... xác chức năng của hạt Higgs Và như thế là LHC được tiền [16] Mô hình chính thống (SM - Standard model) của vật lý hạt là thuyết miêu tả về tương tác mạnh, tương tác yếu, tương tác điện từ và những hạt cơ bản tạo nên vật chất Được phát triển vào những năm đầu của thập niên 1970, mô hình chính thống là một phần của lý thuyết trường lượng tử, một lý thuyết đã kết hợp cơ học lượng tử với thuyết tương đối... Mô hình chính thống sẽ là thêm vào nhiều hạt Higgs , Martin cho biết Nếu nhóm nghiên cứu của Martin đúng và hạt Higgs thực sự là 5 hạt, điều này rồi sẽ được dò ra bởi cỗ máy LHC ở Thụy Sĩ Đồng tác giả nghiên cứu Martin cũng tin tưởng sẽ thấy được những hạt Higgs trong kỉ nguyên của LHC [16] David Evans, một nhà vật lý tại ĐH Birmingham kiêm lãnh đạo dự án ALICE của LHC bày tỏ quan điểm trong một email:... Francois Englert và Peter Higgs, tuy nhiên có nhiều câu chuyện hành lang liên quan đến việc : Ai thực sự là người đặt nền móng cho lý thuyết Higgs bosons, ngoài ba tên tuổi kia, những người nào có tầm ảnh hưởng không kém ? Vì sau khi số liệu sơ khai (do LHC chưa chạy hết công suất 3.5 TeV / 7.0 TeV) được công bố, giới vật lý hạt đang rất khả quan khi cho rằng họ đã sắp chạm vào được hạt Higgs Vấn đề ở chỗ, ... Strange quark s -1 /3 -1 /2 +1/6 Anti-charm antiquark cc -2 /3 -2 /3 ~1.5 GeV Anti-strange antiquark sc +1/3 +1/3 ~100 MeV Tau τ -1 -1 /2 -1 /2 1.784 GeV Tau neutrino ντ +1/2 -1 /2 < 70 MeV Anti-Tau τc 1... -1 /2 +1/6 ~10 MeV Anti-up antiquark uc -2 /3 -2 /3 ~5 MeV Anti-down antiquark dc +1/3 +1/3 ~10 MeV Muon μ -1 -1 /2 -1 /2 105.6 MeV Muon neutrino νμ +1/2 -1 /2 < 0.5 MeV Anti-Muon μc 1 1 105.6 MeV... -1 -1 /2 -1 /2 0.511 MeV Electron neutrino νe +1/2 -1 /2 < 50 eV Positron ec 1 1 0.511 MeV 0 < 50 eV Fermion Generation Electron antineutrino Up quark u +2/3 +1/2 +1/6 ~5 MeV Down quark d -1 /3 -1 /2