Về các đối xứng cơ bản của vũ trụ

Tài liệu tìm hiểu về các đối xứng cơ bản của vũ trụ bao gồm: định lý Noether; đối xứng tròn - Bất biến Gauge; đối xứng P và CP; siêu dẫn điện từ; Thuyết điện-yếu; đối xứng vuông - Bất biến Lorentz; phá vỡ đối xứng tự phát; mô hình chuẩn mở rộng SME (Standard Model Extension)...

VỀ CÁC ĐỐI XỨNG CƠ BẢN CỦA VŨ TRỤ Định lý Noether Người khám phá liên quan định luật bảo tồn tính chất đối xứng nhà toán học nữ người Đức tên Emmy Noether Định lý Noether phát biểu rằng: Mỗi đối xứng liên tục Lagrangian tương ứng với đại lượng bảo toàn Đây cách phát biểu nhà vật lý Đi vào cụ thể, ta có: - Tính đồng khơng gian dẫn tới định luật bảo tồn xung lượng - Tính đồng thời gian đẫn tới định luật bảo toàn lượng - Tính đẳng hướng khơng gian dẫn tới định luận bảo tồn mơmen quay Có lẽ định lý Noether định lý vật lý đại Định lý thường trình bày đầu giáo trình lý thuyết trường Trong lý thuyết trường chí thuật ngữ “đối xứng” “đại lượng bảo tồn” đơi dùng lẫn lộn Ngoài định luật bảo toàn trên, thực nghiệm cho thấy tự nhiên có định luật bảo toàn sau: - Định luật bảo toàn số baryon: đại khái, tổng số proton nơtron vũ trụ khơng thay đổi - Định luật bảo tồn số lepton: tổng số electron nơtrino vũ trụ không thay đổi Cả hai định luật bảo toàn liên quan đến đối xứng mơ hình chuẩn Một số trường hợp định lý Noether không ứng dụng hay Ví dụ 1: Giả sử khơng gian bị chia làm đôi: nửa chân không, nửa nước Bây giả sứ ta chiếu tia sáng phía mặt nước Theo quang học, tia sáng bị khúc xạ, tức thay đổi hướng lan truyền từ chân không vào mơi trường nước Nhưng ta biết ánh sáng làm từ hạt gọi photon Xung lượng photon vectơ hướng theo hướng lan truyền ánh sáng Như xung lượng hạt photon thay đổi từ chân không vào nước Tại xung lượng lại thay đổi được? Ta nhớ lại định lý Noether Đối với hạt photon không gian đồng nhất: nửa chân khơng, nửa nước Do xung lượng hạt photon thay đổi từ chân khơng vào nước Ví dụ 2: Chắc nhiều người nghe nói đến xạ vũ trụ Bức xạ photon tàn dư thời vũ trụ nóng, nhiệt độ khoảng 3000 Kelvin Sau nhiệt độ vũ trụ giảm xuống số này, dưng Vũ trụ trở nên suốt, ánh sáng từ thời chạy vũ trụ tới tận bây giờ, không va chạm vào đâu Nhưng xạ vũ trụ lạnh, nhiệt độ 3°K Nếu xem xét photon ta thấy lạ: photon này, lúc tạo lượng k * (3000°K) (k số Boltzmann), lượng k * 3°K Tại lượng lại giảm tới 1000 lần vậy? Ta nhớ lại định lý Noether: lượng bảo toàn tính đồng thời gian, tức thời điểm khác Nhưng nói đến quãng thời gian 10 tỷ năm, thời gian khơng đồng nữa: vũ trụ lúc trẻ khơng giống vũ trụ lúc Do đó, lượng photon xạ khơng bảo tồn Chính xác hơn: vũ trụ mơ tả không gian Riemann với metric Friedmann-Robertson-Walker ds2 = -dt2 + a2(t) (dx2 + dy2+dz2) Khi a(t) thay đổi theo t, tính đồng thời gian khơng (nhưng tính đồng khơng gian còn) Trong lịch sử, phát xạ vũ trụ chứng cớ quan trọng cho thấy vũ trụ có giãn nở Trước cón có lý thuyết vũ trụ tĩnh nhà thiên văn học Anh Fred Hoyle số người khác đưa Theo lý thuyết Vũ trụ từ trước đến thế, khơng có vụ nổ lớn Trong lý thuyết thời gian hoàn toàn đồng lượng phải bảo toàn Nhưng nguồn ánh sáng vũ trụ có nhiệt độ cao Kelvin, lý thuyết khơng giải thích nguồn gốc xạ (Fred Hoyle cho xạ ánh sáng từ xa xăm, photon chạy quãng đường xa bị “mệt” Điều vi phạm định luật bảo tồn lượng nên khơng chấp nhận) Lý thuyết vũ trụ tĩnh tới coi bị loại trừ Đối xứng tròn - Bất biến Gauge Trong tiến trình tìm hiểu khám phá định luật khoa học phạm vi hạt bản, nhà khoa học lấy nguồn cảm hứng từ đẹp cân đối hài hoà thiên nhiên để tìm tòi, suy luận sáng tạo Thực vậy, khoa học đối xứng (bất dịch) biến đổi (biến dịch) đối tượng thể cách khách quan, định lượng chúng gọi phép biến đổi đối xứng Tìm kiếm đối xứng vi phạm nó, tìm kiếm bất biến vật lý phương pháp nam hữu hiệu công khám phá qua việc sử dụng công cụ nhóm đối xứng Tự nhiên tồn đối xứng ngự trị tuyệt đối tương tác điện từ tương tác mạnh hạt nhân nguyên tử, đối xứng đặc trưng vật lý lượng tử, mang tên đối xứng chuẩn ( đối xứng Gauge) chưa bị vi phạm Chính đối xứng nguồn gốc thành cơng kỳ diệu Mơ hình chuẩn mơ tả ba tương tác lượng tử mạnh, điện từ yếu Trong học lượng tử bình phương hàm sóng |Ψ(x)|2 xác suất xảy đại lượng vật lý Ta thấy phép biến đổi gauge Ψ(x) ↔ Ψ(x) Exp[iα(x)] với hàm α(x) khơng làm thay đổi |Ψ(x)|2 Vì khơng làm thay đổi định luật Mơ hình chuẩn, đại lượng vật lý bất biến với phép biến đổi gauge Chính mà đối xứng chuẩn chi phối toàn diện vận hành tương tác mạnh điện từ Cụ thể ta mường tượng đối xứng sau: điện Trái đất triệu volt hai cực điện nhà 1000000 volt 1000220 volt, TV chạy với 220 volt không trục trặc hàng triệu volt điện đất tác động Dù α(x) hàm gì, dù có mn ngàn điện khác nguồn nơi vũ trụ, định luật chi phối vận hành chúng phải điều hòa ta trường điện từ Định luật điện từ máy tính nhỏ bé chi phối lực điện từ thiên thể xa xăm, ý nghĩa vật lý đối xứng chuẩn Phương trình Maxwell tương tác điện từ tuân theo phép đối xứng chuẩn, đối xứng trở thành nguyên lý chủ đạo cho phát triển Điện động học lượng tử (QED), tính tốn lý thuyết đưa nhiều tiên đoán thực nghiệm kiểm định tới độ xác cao (hơn phần tỷ) mà momen từ electron ví dụ Đối xứng chuẩn u cầu phải có boson khơng có khối lượng làm trung gian truyền tương tác Các fermion tương tác với thông qua trao đổi boson Đó Photon Điện động học lượng tử gluon Sắc động lực học lượng tử (QCD), chúng boson khơng có khối lượng Ta gọi chúng boson chuẩn hay gauge boson Ngay từ thời trứng nước thuyết tương tác yếu loại lực chi phối qui luật tượng phóng xạ hạt nhân nguyên tử, nhiều nhà vật lý có Fermi, Feynman, Gell-Mann, Yang, Lee, Glashow nhận hai tương tác điện từ tương tác yếu có nhiều cấu trúc tính chất giống nhau, chuyện đương nhiên ta sử dụng phương pháp hiệu lực đối xứng chuẩn tương tác điện từ để khám phá định luật vận hành tương tác yếu Nhưng trở ngại cho tương tác yếu gauge boson W (hạt truyền tương tác yếu) lại có khối lượng lớn chẳng Mấu chốt tương tác yếu tác động phạm vi hạt nhân ngun tử, tức kích thước vi mơ, tương tác điện từ lại trải rộng khắp vũ trụ, tầm truyền tương tác R lực lại tỷ lệ nghịch với khối lượng M boson làm trung gian cho tương tác, theo nguyên lý bất định Heisenberg RM ~ h Biết tầm R tương tác yếu, ta suy boson W vào khoảng hai trăm ngàn lần khối lượng electron, tương tác yếu khơng có đối xứng chuẩn Tức là, phương pháp đối xứng chuẩn - nguyên nhân cho thành công lý thuyết điện từ - áp dụng cho tương tác yếu Nhưng thực tương tác yếu mang đối xứng chuẩn tương tác điện từ Yoichiro Nambu chuyên gia vật lý hạt ông quan tâm sâu sắc có nhìn bao qt vật lý siêu dẫn Ơng nhận thấy có liên kết hai ngành (cấu trúc tốn học giống vật lý khác biệt) phác họa ý tưởng làm cho lực yếu mang đối xứng chuẩn Nhưng Peter Higgs nhà nghiên cứu ‘bình thường’ xứ Scotland người tìm kịch quán để thực ý tưởng Nambu Ngồi Nambu đưa ý niệm theo thành phần cấu tạo nên proton, neutron (quark theo ngôn từ đại) phải mang ba đặc tính lượng tử Ba đặc tính ngày ta gọi tích màu, lực mạnh gắn kết quark hạt nhân gọi Sắc động lực học lượng tử (Quantum ChromoDynamics, QCD) Đây người khai sáng ý niệm dây nhằm thay khái niệm hạt nhiều năm trước thuyết Siêu dây thời thượng ngày đời Đối xứng P CP Đối xứng gương thí dụ khác Tay phải (trái) ta có hình gương hệt tay trái (phải), ta gọi phía phải hay phía trái ước lệ người Khơng có cho ta phân biệt tượng ngồi gương hình chiếu tượng gương, hốn chuyển khơng gian x ↔ – x (đối xứng P) không làm chúng thay đổi, chúng bất biến Trong vật lý hạt bản, lực hạt nhân yếu (chi phối phóng xạ hạt nhân vận hành neutrino) vi phạm tối đa đối xứng gương P này, spin electron, neutrino hồn tồn quay trái mà khơng phải Một thí dụ khác đối xứng vật chất-phản vật chất hay đối xứng CP, theo định luật vận hành electron phản hạt positron phải giống hệt Trong bốn tương tác thiên nhiên ba lực hấp dẫn, điện từ hạt nhân mạnh tuân theo phép đối xứng P CP, lực hạt nhân yếu vi phạm chúng, vi phạm tối đa với đối xứng P, đôi chút với đối xứng CP, tương tác yếu hạt phản hạt khác mực độ vừa phải Siêu dẫn điện từ Hiện tượng siêu dẫn vật liệu nhiệt độ thấp đặc trưng vật lý lượng tử, dòng điện truyền qua dây siêu dẫn tồn hàng tỷ năm lý thuyết, thực tế vài trăm ngàn năm, khơng có điện trở Bất kỳ điện nhỏ đến đâu không áp đặt vào chất siêu dẫn bị triệt tiêu dòng điện ‘lý tưởng’ nội siêu dẫn Không điện mà từ trường Một thỏi nam châm để gần vật liệu siêu dẫn bị kéo bật xa, thông lượng từ trường bị trục xuất phần vật siêu dẫn, hiệu ứng Meissner Chính hiệu ứng gốc nguồn cho xe lửa tương lai ‘nhẹ bay’ làm cho chạy nhanh, khơng bị cản trở ma sát đường ray Vật liệu siêu dẫn ngăn chặn tầm truyền trường điện từ, hệ thống điện từ tác động khoảng cách ngắn, khác với chất tự sóng điện từ truyền vô hạn Vậy photon, boson chuẩn, chuyển động vật liệu siêu dẫn bị cản trở tường chắn tác động giống mang khối lượng khác Bức tường chắn lý thuyết siêu dẫn J Bardeen, L N Cooper, J R Schrieffer (BCS) thể ngưng tụ muôn ngàn cặp Cooper, cặp liên kết hai electron có spin up↑ spin down↓ đối nghịch Mỗi cặp mang điện tích –2e có spin nên tuân theo thống kê Bose-Einstein cặp hồ đồng chung sống trạng thái đông tụ Mỗi electron cô đơn có cá tính mạnh mẽ, kỳ lạ thay hồn cảnh đặc biệt (nhiệt độ thấp) kết bạn, cặp nhỏ tụ họp đông đảo mà lại vận hành dòng chảy khiết đặn khiến cho vật liệu trở nên siêu dẫn Ngưng tụ Bose muôn ngàn nguyên tử Helium coi boson nguồn gốc tượng siêu lỏng, luồng chất lỏng chảy ngược thành ống nhỏ li ti Vật liệu sắt từ thí dụ thứ ba hàng tỷ electron có spin hướng phía tác động từ trường ngồi Vật liệu sắt từ khơng đối xứng tuyệt đối không gian, định luật phân phối spin hồn tồn đối xứng với đặt spin, khơng có chiều spin giữ ưu Trong ngôn từ giới chun ngành, phương trình kiện mang phép đối xứng, nghiệm phương trình lại khơng có đối xứng ngun thủy, ta gọi hệ thống tự phát phá vỡ đối xứng (spontaneous breaking of symmetry, SBS) Thuyết Điện-Yếu Tính chất SBS - tự phát phá vỡ đối xứng nguồn gốc việc thống hai lực điện từ yếu, chúng tưởng khác biệt thực chia sẻ phép đối xứng chuẩn Sự thống hai lực điện-từ yếu thành quy luật chung bước ngoặt vật lý cuối kỷ 20, tầm quan trọng ví Maxwell cuối kỷ 19 tổng hợp ba tượng điện, từ quang Xin nhắc lại, để thống lực yếu với lực điện từ, ta sử dụng đối xứng chuẩn Vậy ban đầu photon điện từ, boson chuẩn W, sứ giả lực yếu, khơng có khối lượng Sau ta cần trường boson lạ (trường Higgs) để chắn tác động lực yếu mang khối lượng cho W, tựa ngưng tụ cặp Cooper điện từ Cặp Cooper spin liên kết hai electron siêu dẫn điện từ thay trường Higgs spin lực yếu Trường Higgs tràn đầy chân không lượng tử, chân không trạng thái vũ trụ thuở sơ khai Không mang đến khối lượng cho hạt W, hạt Higgs mang khối lượng cho tất hạt khác quark, lepton Chính cấu SBS phổ biến chi phối nhiều ngành vật lý Nambu, suy ngẫm thuyết siêu dẫn nói trên, đề xướng Higgs áp dụng thành công vật lý hạt 06 Quark - 06 Lepton Vật chất - Phản vật chất Sự hữu phản vật chất hệ sâu sắc kết hợp hai thuyết Tương đối hẹp Cơ học lượng tử Paul Dirac chứng minh năm 1928 Máy chụp hình PET (Positron Emission Tomography) dùng y học ngày ứng dụng trực tiếp positron, hạt phản electron Khi positron hòa tụ với electron sẵn có thể cặp positron-electron biến thành tia xạ tinh vi để rọi sáng chi tiết não Như đề cập sơ qua trên, lực hạt nhân yếu vi phạm đối xứng vật chất- phản vật chất (đối xứng CP), ngạc nhiên lớn ba lực khác (hấp dẫn, điện từ mạnh) tuyệt đối tuân theo phép đối xứng Những năm đầu 1970, bối cảnh vật lý hạt thời với Mơ hình Chuẩn buổi sơ khai, hai nhà vật lý Kobayashi Maskawa tiền phong tìm hiểu cấu cho phép vi phạm Hai ơng, hồn tồn suy luận tính tốn, sau nhiều vật lộn với tốn học ứng dụng, tìm năm 1973 phải có sáu quark (đúng phải có ba ‘họ‘, họ có hai quark) vi phạm đối xứng CP Vào thời buổi quark giả thiết, đề tài tế nhị, nhiều người bác, chấp nhận giả thiết quark lúc người ta biết có ba quark thơi: up, down strange quark! Thực nghiệm liên tiếp chứng tỏ sau xác chế vi phạm CP mà KM đề xướng Năm 1974 quark charm bắt đầu lộ diện, năm 1977 với quark bottom 1994 với quark top Khám phá Kobayashi Maskawa góp phần quan trọng cho hình thành Mơ hình chuẩn hạt bản, diễn tả xác vi phạm đối xứng vật chất - phản vật chất thực nghiệm liên quan đến meson K (mang strange quark) B (mang bottom quark) Đối xứng vuông - Bất biến Lorentz Nguyên lý tương đối Einstein phát biểu xây dựng lý thuyết tương đối hẹp vào năm 1905: "mọi định luật vật lý hệ qui chiếu quán tính" Những hệ quan trọng nguyên lý tương đối: - Tốc độ ánh sáng c số, - Đồng hồ chuyển động chạy chậm hơn, - Độ dài vật chuyển động bị co lại, - Năng lượng E với khối lượng m liên hệ với cơng thức E = mc Những hệ trở thành sở thí nghiệm, ứng dụng thường nhật Ví hệ định vị tồn cầu người ta phải tính đến hệ giãn nở thời gian để chỉnh lý đồng hồ vệ tinh quỹ đạo Nói cách khác nguyên lý tương đối gần chân lý Nhưng trình xây dựng lý thuyết thống nhiều nhà vật lý nghiên cứu khả vi phạm nguyên lý tương đối cho nguyên lý thiêng liêng nguyên lý gần thiên nhiên Họ hy vọng vi phạm ngun lý tương đối ngun nhân gây khó khăn việc thống hai lý thuyết lượng tử hấp dẫn Cho nên việc đưa vào lý thuyết yếu tố vi phạm nguyên lý tương đối mở đường cho lý thuyết thống mong đợi từ lâu Sự vi phạm đối xứng Lorentz gây nên trường vectơ Hạt lực có tương tác với trường vectơ đó, hệ là: hướng vận tốc không tương đương với Hai vật chất khác song có độ dài theo hướng co lại hay giãn theo hướng khác Tương tự hai đồng hồ khác chạy đồng lúc ban đầu hướng chạy chậm chạy nhanh hướng khác ban đầu Ngoài hai vật chất hai đồng hồ khác bị co giãn chạy chậm nhanh tùy theo vật liệu làm nên chúng nâng vận tốc chúng lên Tính bất biến định luật hệ quán tính biểu đối xứng không thời gian có tên đối xứng Lorentz (do nhà vật lý thuyết người Đức Hendrik Antoon Lorentz đề năm 1890) Theo đối xứng định luật vật lý hệ quán tính chiều hướng vận tốc Khi có bất biến Lorentz khơng thời gian đẳng hướng theo hướng chuyển động thẳng tương đương với Khi kết hợp với thuyết lượng tử, đối xứng Lorentz có lý thuyết trường lượng tử tương đối Mơ hình chuẩn SM (Standard Model) mơ tả hạt tương tác chúng với (điện từ, yếu, mạnh – song chưa có hấp dẫn) lý thuyết trường tương đối Mọi tương tác song không bất biến Lorentz bị loại khỏi SM Lý thuyết hấp dẫn Einstein tuân theo cách định xứ (local) đối xứng Lorentz, xét tồn cục (global) có ngun lý tương đương Hiện người ta tìm cách thống mơ hình chuẩn SM với lý thuyết hấp dẫn GR Hai lý thuyết SM GR có cấu trúc tuyệt đẹp riêng song chưa tương thích mặt tốn học để thống Nếu thống SM GR phải hòa hợp với vùng có kích thước Planck (cỡ 10-35 m) Hiện khả kiểm nghiệm giới hạn vùng kích thước 10-19 m Tuy nhiên có cách tiếp cận vấn đề Tình tương tự nhìn vào hình tivi, hình ảnh tạo nhiều pixel khơng phân biệt song nhìn vào cravat có nhiều đường kẻ nhỏ ngực phát viên đường kẻ tạo nên ảnh Moiré ảnh Moiré biểu tương tự khả thấy vi phạm nguyên lý tương đối Trên khoảng cách vĩ mơ ngun lý tương đối bảo toàn song khoảng cách Planck đối xứng bị vi phạm Một đối xứng khác không thời gian đối xứng CPT [8] SM thỏa mãn bất biến CPT song lý thuyết với vi phạm nguyên lý tương đối phá vỡ đối xứng CPT Phá vỡ đối xứng tự phát Nếu tồn trường phơng vectơ (hay tenxơ nói chung) vectơ ấn định hướng phá vỡ đối xứng (Phá vỡ đối xứng tự phát) Nếu tượng phá vỡ đối xứng tự phát nằm chế lý thuyết phá vỡ nguyên lý tương đối xuất kèm theo Khi bất biến Lorentz bị phá vỡ đối xứng tự phát trường phơng tàn dư – trường vectơ tenxơ nói trên– chiếm đầy khơng gian xác định hướng tự phát ưu tiên Một hạt chuyển động trường phơng tương tác với chúng Sự có mặt trường phơng phá vỡ đối xứng Lorentz dẫn đến thay đổi chuyển động hướng spin hạt so với trường tàn dư 10 Mơ hình chuẩn mở rộng SME (Standard Model Extension) Giả sử lý thuyết có chứa vi phạm đối xứng Lorentz Thử hỏi điều biểu thí nghiệm nào? Và gắn liền với lý thuyết biết theo cách nào? Để trả lời câu hỏi cần có lý thuyết mơ tả bao trùm hệ thực nghiệm Một lý thuyết phải chứa yếu tố vi phạm đối xứng Lorentz nhỏ (vì đối xứng Lorentz bảo toàn tổng thể) Như thống SM GR ta phải đưa vào lý thuyết hạng số nhỏ mô tả tất tương tác ( possible interactions) Mỗi số hạng ứng với trường vectơ tenxơ đặc biệt với giá trị phông khác số không Một lý thuyết SME Hàm tác động SME có dạng: SSME = SSM + SLV + SGR Trong SLV chứa số hạng gây vi phạm đối xứng Lorentz (LV- Lorentz violations) với hệ số mà phải xác định từ thực nghiệm Các số hạng mô tả tương tác trường vectơ (hoặc tenxơ) với trường vật chất loại hạt hấp dẫn Những hệ số phải xác định đóng vai trò trường vectơ tenxơ tàn dư nói Để biểu kiến hệ vi phạm đối xứng Lorentz, cần cho khơng thời gian có hướng nội (vậy phá vỡ đối xứng) Trong trường hợp tồn trường vectơ ứng với số hạng phương trình SME hướng nội nói trùng với hướng trường vectơ Trong trường hợp tổng quát ta có trường tenxơ Vì có tương tác với trường mà tương tác chuyển động hạt phụ thuộc vào hướng nói trên, giống chuyển động hạt mang điện tích điện trường hay từ trường Một tình xảy vi phạm CPT [5] song hệ vi phạm xảy hạt phản hạt có số tương tác khác trường phông Oscar Greenberg (Đại học Maryland) chứng minh CPT bị vi phạm bất biến Lorentz bị phá vỡ Điều có nghĩa lý thuyết chứa vi phạm CPT tương thích với SM thuộc SME Cần nói thêm tính chất tương tác hạt phụ thuộc vào hướng chuyển động (vi phạm đối xứng quay) vào vận tốc chúng (boost violations) Các hệ vi phạm phụ thuộc vào spin, vào màu sắc hạt (hệ proton khác neutron) Sự vi phạm nguyên lý tương đối gây nên khác tượng phân cực ánh sáng vùng hồng ngoại, vùng thấy vùng cực tím ánh sáng từ thiên hà nằm xa 11 Một số thí nghiệm tiến hành giới nhằm phát vi phạm nguyên lý tương đối: 1/ Năm 2003 John Lipa cộng Đại học Stanford lặp lại thí nghiệm Michelson-Morley phương án đại hơn, có độ nhạy cao Họ so sánh tần số cộng hưởng hai hộp cộng hưởng quang học đặt thẳng góc thời gian nhiều tháng Dấu hiệu vi phạm bất biến Lorentz khác hai tần số cộng hưởng đất quay 2/So sánh biến đổi khối lượng hai vật theo hướng khác so với hướng phá vỡ đối xứng Chuyển động quay đất làm quay phòng thí nghiệm, phòng thí nghiệm Đại học Indiana trường vectơ Trường vectơ thay đổi hướng vòng ngày cho phép ghi nhận vi phạm bất biến Lorentz Ví dụ q trình so sánh khối lượng khác phòng thí nghiệm cho thấy thay đổi nhỏ có chu kỳ chúng 3/So sánh hai đồng hồ Trên trạm vũ trụ, tiến hành thí nghiệm tìm vi phạm bất biến Lorentz cách so sánh đồng hồ Trường hợp có hai trường vectơ gây nên vi phạm nguyên lý tương tương tác khác hạt Ta có đồng hồ nguyên tử đồng hồ dựa vi sóng ánh sáng Các electron tương tác với trường vectơ Các proton tương tác với trường vectơ Khi trạm vũ trụ quay đồng hồ chạy đồng không đồng bộ, biểu vi phạm bất biến Lorentz 4/So sánh phổ vật chất phản vật chất Thí nghiệm vật chất phản vật chất Vật chất phản vật chất có hành vi có bất biến CPT [5] phổ chúng Và khác biệt phổ chúng nói lên có vi phạm CPT, từ vi phạm bất biến Lorentz 5/Sự phụ thuộc vi phạm bất biến Lorentz vào spin Tại Đại học Washington người ta tiến hành thí nghiệm sau để tìm hiểu vi phạm bất biến Lorentz gây nên spin Trên hình đồng hồ xoắn, vai trò lắc thông thường (lắc qua lại) đảm nhiệm xoắn (xoắn trái xoắn phải) Quả xoắn làm nam châm cấu tạo cho tổng spin electron khác số không Đồng hồ đặt mâm quay Nếu có vi phạm đối xứng Lorentz người ta ghi đo nhiễu loạn dao động 12 Kết luận Thibault Damour, IHES (Institut des Hautes Etudes Scientifiques) cho lý thuyết dây (String theory) có cấu trúc cho phép xét đến vi phạm bất biến Lorentz [6] Tương tự Carlo Rovelli (Centre de physique théorique, Université de Marseille) khẳng định lý thuyết lượng tử vòng (Loop quantum theory) [7] khơng loại khả đưa vào vi phạm nguyên lý tương đối Song hai nhà lý thuyết cho chưa có sở chắn để đưa vi phạm đối xứng Lorentz vào lý thuyết vừa nêu Một lý thuyết quan trọng khác Hình học khơng giao hoán Alain Connes chứa tiềm cho phép đề cập đến vi phạm bất biến Lorentz [8] Hiện nhiều cố gắng nhà thực nghiệm, kết thực nghiệm ban đầu cho vi phạm nhỏ nằm phạm vi sai số khó kết luận cách chắn có vi phạm bất biến Lorentz, song nhiều nhà vật lý tin manh nha có dấu hiệu vi phạm nguyên lý tương đối tiếp tục tiến hành thí nghiệm Như Einstein đến thời điểm (Graham P Collins, [4]), song tương lai người ta chưa biết liệu lý thuyết Einstein có phải lý thuyết gần mà hay không? NGUYỄN XUÂN QUANG – 2012 Quangnx_ltd@yahoo.com 10 ... công cụ nhóm đối xứng Tự nhiên tồn đối xứng ngự trị tuyệt đối tương tác điện từ tương tác mạnh hạt nhân nguyên tử, đối xứng đặc trưng vật lý lượng tử, mang tên đối xứng chuẩn ( đối xứng Gauge)... tương đối phá vỡ đối xứng CPT Phá vỡ đối xứng tự phát Nếu tồn trường phơng vectơ (hay tenxơ nói chung) vectơ ấn định hướng phá vỡ đối xứng (Phá vỡ đối xứng tự phát) Nếu tượng phá vỡ đối xứng tự... thấy vi phạm nguyên lý tương đối Trên khoảng cách vĩ mơ nguyên lý tương đối bảo toàn song khoảng cách Planck đối xứng bị vi phạm Một đối xứng khác không thời gian đối xứng CPT [8] SM thỏa mãn bất