2. Vai trò của máy gia tốc:
2.3.1) tưởng cho sự tồn tại của hạt Higgs:
Khi đặt chân lên bàn cân, bạn có thể hy vọng rằng cân sẽ chỉ một con số nhỏ hơn đối với ngày hôm trước, bạn mong rằng... mình đang giảm cân. Số chỉ trên bàn cân đó chính là khối lượng của bạn dưới tác dụng của lực hấp dẫn xác định lên trọng lượng của bạn. Nhưng cái gì xác định cho khối lượng của bạn đây?
Đó là một trong những câu hỏi được hỏi nhiều và mong chờ có lời giải thích trong vật lý ngày nay. Rất nhiều thí nghiệm thuộc lĩnh vực vật lý hạt nhân trên thế giới đang tìm kiếm bộ máy (mechanism) tạo ra khối lượng. Các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm hạt nhân CERN ở Geneva cũng như tại Fermilab ở Illinois đang hy vọng tìm kiếm được cái họ gọi là "Higgs boson". Họ tin tưởng rằng nó là một hạt, cũng có thể là một tập hợp hạt mà chúng có thể tạo ra những hạt có khối lượng khác.
Ý tưởng về một hạt tạo ra một khối lượng khác quả là một điều phi trực quan... Phải chăng khối lượng không là một đặc tính cố hữu của vật chất? Nếu không thì làm sao lại có thể tồn tại một thực thể ở đó nó truyền khối lượng vào một thực thể khác bằng cách luân chuyển và bằng cách tương tác với chúng?
Một ví dụ có thể giúp bạn hiểu được sự hoạt động của "nguyên lý" này đó là bạn hãy tưởng tượng mình tới dự một bữa tiệc. Với đám đông các khách mời, phân bố chật kín hội trường. Khi một ngôi sao điện ảnh bước vào, đám đông ở cửa vây quanh và bám lấy anh ta. Anh ta thu hút những người gần nhất và di chuyển vào trong. Bằng việc kéo theo một đám đông xung quanh, anh ta đã làm tăng động lượng, một dấu hiệu của khối lượng. Anh ta khó khăn mới có thể thoát ra khỏi đám đông ấy, và càng khó hơn để có thể trở lại chỗ ban đầu.
Ảnh hướng của nhóm (đám đông vây quanh) chính là bộ máy Higgs, được đưa ra bởi nhà vật lý người Anh Peter Higgs vào những năm 1960. Lý thuyết đưa ra giả thuyết cho rằng có một dạng lưới biểu trưng cho trường Higgs phủ đầy vũ trụ. Giống như trường điện từ, nó có ảnh hưởng tới những hạt di chuyển xuyên qua nó, nhưng nó cũng liên hệ với vật lý chất rắn. Các nhà khoa học biết rằng khi một electron đi qua một mạng tinh thể nguyên tử điện tích dương, khối lượng của electron có thể tăng lên gấp 40 lần. Điều này cũng có thể đúng với trường Higgs, khi một hạt di chuyển trong nó, nó sẽ bị bóp méo một chút - giống như đám đông vây quanh ngôi sao điện ảnh ở bữa tiệc - và truyền khối lượng cho hạt.
Câu hỏi về khối lượng là một vấn đề hóc búa, dẫn đến việc tồn tại hạt Higgs boson để phủ kín khoảng trống còn sót trong Mô Hình Chuẩn. Mô Hình Chuẩn miêu tả 3 trong 4 lưc của tự nhiên: lực điện từ, lực tương tác mạnh, và lực tương tác yếu. Lực điện từ đã được biết một cách cặn kẽ trong nhiều thập kỷ qua. Hiện tại, các nhà vật lý dồn sự quan tâm sang lực hạt nhân mạnh, cái bó những phần của
xạ cũng như phản ứng hidro (hydrogen fusion), một phản ứng quan trọng tạo ra năng lượng mặt trời.
Điện từ học miêu tả sự tương tác giữa các hạt và photon, hình thành những gợn (packet) nhỏ của bức xạ điện từ. Tương tự, lực hạt nhân yếu miêu tả sao hai thực thể khác, hạt W boson và Z boson tương tác với các electron, quark, neutron... Có một sự khác nhau rõ ràng giữa hai tương tác này: photon không có khối lượng, trong khi khối lượng của W và Z lại khá lớn (khoảng 100 lần so với khối lượng của proton). Trong thực tế chúng là một trong những hạt có khối lượng lớn nhất từng biết.
Khuynh hướng đầu tiên là giả sử rằng W và Z dễ dàng tồn tại và tương tác với những hạt cơ bản khác. Nhưng trên cơ sở toán học, khối lượng lớn của W và Z mang đến sự mâu thuẫn trong Mô Hình Chuẩn. Để giải thích cho điều này, các nhà vậy lý cho rằng phải có ít nhất một hạt khác - đó là Higgs boson.
Những lý thuyết đơn giản nhất dự đoán rằng có một boson, nhưng những lý thuyết khác lại cho rằng có một số. Trong thực tế, quá trình tìm kiếm hạt Higg là một trong những sự việc hào hứng nhất trong nghiên cứu, bởi vì nó có thể dẫn đến những khám phá mới, hoàn chỉnh vật lý hạt. Một số nhà lý thuyết nói rằng nó có thể mang ánh sáng đến cho toàn bộ những dạng tương tác mạnh mới, và số khác tin tương rằng việc nghiên cứu sẽ khám phá ra một vật lý cơ bản đối xứng mang tên "siêu đối xứng".
Trước hết, các nhà khoa học muốn xác định phải chăng Higg boson thực sự tồn tại? Quá trình tìm kiếm đã bắt đầu từ hơn 10 năm trước, tại cả hai phòng nghiên cứu CERN tại Geneva và Fermilab ở Illinois. Để tìm kiếm các hạt này, các nhà nghiên cứu phải phá vỡ (smash) những hạt khác với nhau ở vận tốc cực lớn. Nếu năng lượng từ sự va chạm này đủ lớn, nó có thể chuyển sang những hạt vật chất nhỏ hơn - có thể là Higgs boson. Những hạt này chỉ tồn tại ở một thời gian
ngắn, sau đó tan rã (decay) sang các hạt khác. Vì thế, để chứng minh cho sự xuất hiện của hạt Higgs trong sự va chạm, các nhà nghiên cứu phải tìm được bằng chứng dựa vào các hạt nó sẽ tan rã ra.