CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG MÁY GIA TỐC HẠT ĐỂ TÌM RA MỘT SỐ HẠT CƠ BẢN
3.9. Sự an toàn của LHC
Có người cho rằng khi máy này được hoạt động, có nhiều khả năng một lỗ đen nhân tạo được hình thành và nuốt chửng Trái Đất.
Có người lại cho rằng sự va chạm sẽ tạo thành các hạt nguyên tử ở hai thể loại vật chất và phản vật chất. Theo lý thuyết thì 2 hạt này khi va chạm sẽ tiêu hủy nhau trong những vụ nổ hạt nhân.
Các phần tử cuồng tín thì cho rằng máy LHC sẽ vũ khí đem đến ngày tàn thế giới.
Thậm chí có người còn cho rằng máy LHC sẽ tạo nên một lỗ hổng không gian gọi là Wormhole hoặc dimensional flux mà từ đó sẽ tuôn ra những điều bất ngờ khó lường.
Nhìn chung đây cũng là giấc mơ thiên đàng của các đọc giả khoa học giả tưởng trước viễn ảnh bị gò bó trong Thái Dương Hệ vì không đạt được vận tốc ánh sáng. Và cũng là ác mộng của những người sợ những gì mình không biết, đồng thời cũng không muốn biết.
Những chùm tia bao gồm các hạt có năng lượng cao phóng vào khí quyển Trái Đất với tên gọi bức xạ vũ trụ có năng lượng hơn 1020 eV, tương đương với năng lượng trọng tâm hơn 100 TeV. Nhưng Trái Đất vẫn còn đây.
Hơn nữa nguồn năng lượng tối đa của LHC khi hai tia proton va chạm chỉ ở 14 TeV, thì khả năng tạo lỗ đen nhân tạo là chuyện bất cập. Theo nghiên cứu của giáo sư Steve Giddings thuộc ĐH California và Michelangelo Mangano thuộc CERN, lỗ đen mini sẽ bốc hơi chỉ trong vài phần triệu giây theo lý thuyết của bác học người Anh Stephen Hawking.
Một trong những đặc tính của lỗ đen là sự phát nhiệt được gọi là Hawking radiations. Dựa vào nguyên lý cơ học lượng tử, các chuyên gia vật lý học và thiên văn học kết luận rằng các lỗ đen lỗ đen nhỏ nhất ở trạng thái ổn định phải có trọng lượng Plank mass khoảng 2.43 x1018 GeV/c2. Nhỏ hơn nữa thì các lỗ đen này sẽ phát nhiệt nhiều hơn hút được và sẽ nhỏ dần trước khi biến mất. Trên lý thuyết, lỗ đen nhỏ nhất có thể ổn định và tăng trưởng có diện tích tối thiểu là 0,04 phần Mặt Trời. Lỗ đen nhân tạo mà LHC tạo ra (cho dù có thể) sẽ không to bắng đầu cọng tóc của bạn, và sau khi thoát nhiệt, sẽ biến mất.
Việc khởi động LHC cũng gặp phải sự phản đối mạnh vì một số nhà khoa học cho rằng cỗ máy sẽ tạo ra các “lỗ đen mini" có thể nuốt chửng cả
Trái đất. Một số người khác e ngại nó sẽ tạo ra các vật chất lạ (chỉ tồn tại trên lý thuyết), biến cả hành tinh thành một khối vật chất lạ, nóng bỏng. Nhà vật lý nổi tiếng người Anh, Martin Rees, ước tính khả năng LHC gây ra thảm họa toàn cầu là rất nhỏ (xác suất là 1/50.000.000 ).
3.10. Tìm ra một số hạt cơ bản 3.10.1. Tìm hạt Higgs
Các chuyên gia vật lý học và vũ trụ học cho rằng ngay sau khi hiện tượng Big Bang xảy ra, cả vũ trụ chỉ có năng lượng mà không có trọng lượng.
Khoa học gia Peter Higg (nhà vật lý người anh) năm 1964 đã sáng chế ra một lý thuyết về hạt hạ nguyên tử thần bí không hiện hữu với tên gọi hạt Higg Boson. Hạt này hiện hữu trong chốc lát sau hiện tượng Big Bang với vai trò hoán chuyển năng lượng thành trọng lượng trong vật chất. Những khám phá về hạt Higg Boson sẽ giúp chúng ta hiểu thêm về sự hình thành của vạn vật trong vũ trụ sau hiện tượng Big Bang.
Các cú sốc proton bên trong LHC - máy gia tốc hạt nhân lớn nhất thế giới sẽ giải phóng hơi nóng mạnh gấp 100.000 lần hơi nóng của tâm mặt trời và sẽ cho phép dò tìm ra hạt Higgs. Đó là mong đợi của các nhà khoa học đang nổ lực tại CERN.
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.
Đây là một hạt giả thiết, sinh ra trong một cơ chế tương tác qua lại với các hạt cơ bản nguyên thuỷ để các hạt này có khối lượng như chúng ta
đã đo được. Nó là sản phẩm của mô hình chuẩn lý thuyết thống nhất của các hạt cơ bản.
Hình 3.9 Mô hình truy tìm hạt Higgs
Trong vài thập kỷ qua, giới vật lý hạt đã xây dựng được một mô hình lý thuyết, tạo nên bộ khung về kiến thức các hạt và lực cơ bản trong tự nhiên.
Một trong những thành phần cơ bản của mô hình này là trường lượng tử giả thiết phổ biến chịu trách nhiệm cung cấp khối lượng cho phân tử. Trường này có tên gọi là trường Higgs. Là hệ quả của đối ngẫu sóng-hạt, tất cả các trường lượng tử đều có một hạt cơ bản đi kèm. Hạt đi kèm với trường Higgs được gọi là hạt Higgs, hay Higgs boson, boson Higgs, theo tên của nhà vật lý Peter Higgs.
Vì trường Higgs chịu trách nhiệm về khối lượng, việc các hạt cơ bản có khối lượng được nhiều nhà vật lý coi như một dấu hiệu cho thấy sự tồn tại của trường Higgs. Giả sử hạt Higgs tồn tại, chúng ta có thể suy luận được ra khối lượng của nó dựa trên tác động mà nó tạo ra đối với thuộc tính của các hạt và trường khác. Tuy nhiên, việc hạt Higgs có tồn tại hay không vẫn là điều nhiều người tranh cãi.
3.10.2. Tìm hạt nơtron
Các máy gia tốc làm nguồn nơtron có nhứng ưu điểm rất lớn. Cường độ dòng nơtron đạt được lớn hơn vài bậc so với các nguồn đồng vị. Bằng máy gia tốc, có thể thu được chùm nơtron đơn năng tốt và có năng lượng bất kỳ.
Cũng có thể tạo chùm nơ tron dạng xung thích hợp cho phép đo theo nguyên lí thời gian bay. Có nhiều loại máy gia tốc để làm nguồn nơtron dựa trên các nguyên lý sau:
Có thể thu được nơ tron đơn năng dựa trên phản ứng (p, n) hoặc (d, n) với chùm đơtron hoặc proton bằng máy gia tốc Van-de-Graph. Đôi khi người ta còn sử dụng xicrotron để thay đổi năng lượng hạt gia tốc và thu được nơtron đơn năng.
Phản ứng (d, n) rất thích hợp để thu nơtron năng lượng thấp (dưới 1 MeV). Bia được sử dụng là đơtri, liti, triti và berili. Kết hợp với máy gia tốc đơn giản năng lượng thấp có dòng lớn, có thể thu được chùm nơtron liên tục hoặc xung.
Có thể thu được chùm nơtron rất mạnh bằng máy gia tốc electron thẳng dựa vào phản ứng ( , n). Những nguồn nơtron loại này dùng cho các phổ kế làm việc theo nguyên tắc thời gian bay. Cũng có khi các chùm nơtron thu được từ phản ứng (p, n) và (d, n) trên xiclotron hoặc xincroxiclotron cũng được phục vụ các mục đích này.
3.10.3. Tìm hạt Z0
Máy gia tốc Stanford Linear Collider (SLC) được đặt ở Palo Alto với năng lượng toàn phần là 100 Gev. Dựa trên sự va chạm của electron và positron nhằm tìm kiếm Z0.
3.10.4. Tìm top quark
Máy gia tốc Tevatron (FNAL) đặt tại Chicago, năng lượng toàn phần là 2 Tev. Với máy gia tốc này khẳng định Z0, W0 và phát hiện ra top quark với sự va chạm của protron và phản proton.
3.10.5. Tìm hạt quark-gluon plasma (Tiểu Big Bang)
Máy gia tốc Relativistic Heavy Ion Collier (BNL-RHIC) xây dưng tại Brookhaven (thuộc bang Georgia của Mỹ) với năng lượng toàn phần 200 GeV đã tạo nên quark-gluon plasma (Tiểu Big Bang).