2. 1.Câc nguyín lí chung thiết lập lí thuyết Gauge
3.6. Khâm phâ ra hạt boson Higgs
3.6.1. Nguyín tắc
Hình 32: Mây gia tốc hạt lớn nhất thế giới LHC (Large Hadron Collider)
Boson Higgs có tầm quan trọng đặc biệt trong Mô hình chuẩn cũng nhƣ trong vật lý học nói chung, vật lý hạt nói riíng. Nó lă chìa khoâ để giải quyết “bí mật” của khối lƣợng. Nó gắn liền với một trƣờng, gọi lă trƣờng Higgs mă theo lý thuyết, trăn ngập trong vũ trụ.
Hình 33: Mô phỏng sự kiện (Sự phđn rê thănh hạt Higgs sau va chạm của hai proton) xảy ra trong mây gia tốc LHC tại CERN
Boson Higgs lă “miếng ghĩp cuối cùng” của Mô hình chuẩn. Câc hạt khâc khi đi qua trƣờng năy sẽ nhận đƣợc khối lƣợng. Hiện tƣợng đó gọi lă cơ chế Higgs (Higgs mechanism), giúp chúng ta hiểu câc hạt vì sao có khối lƣợng, để từ
đó xđy dựng nín thế giới, trong đó có hănh tinh của chúng ta. Vì vậy, ngƣời ta bảo boson Higgs lă “miếng ghĩp cuối cùng” của Mô hình chuẩn, nói câch khâc, việc phât hiện ra nó lă một bƣớc đột phât lớn trong vật lý học.
3.6.2. Công bố
4/7/2012, câc nhă vật lí tại CERN công bố rằng, với độ tin cậy 99%, họ đê tìm thấy một hạt sơ cấp mới với khối lƣợng gấp khoảng 125 lần khối lƣợng proton có khả năng lă boson Higgs đê đƣợc tìm kiếm bấy lđu.
14/3/2013, tại hội nghị thƣờng niín Rencontres de Moriond đê diễn ra ở Italy, câc nhă khoa học công bố hạt sơ cấp mới đƣợc tìm thấy tại cỗ mây va chạm hạt lớn nhất thế giới LHC văo thâng 7/2012 thật sự chính lă boson Higgs [23].
KẾT LUẬN
Những thănh công của Mô hình chuẩn
Trong hơn 30 năm qua, kể từ khi Mô hình chuẩn ra đời, chúng ta đƣợc chứng kiến những thănh công nổi bật của nó. Mô hình năy đê đƣa ra một số tiín đoân mới vă có ý nghĩa quyết định. Sự tồn tại của dòng yếu trung hòa vă câc vectơ boson trung gian, cùng những hệ thức liín hệ khối lƣợng của chúng đê đƣợc thực nghiệm xâc nhận.
Gần đđy, một loạt phĩp đo kiểm tra giâ trị câc thông số điện yếu đê đƣợc tiến hănh trín câc mây gia tốc TEVATRON (Mây gia tốc hạt lớn thứ hai thế giới), LEP (Large Electron-Positron Collider - Mây va chạm mạnh nhất của lepton) vă SLAC (Stanford Linear Accelerator Center - Trung tđm mây gia tốc tuyến tính Stanford) với độ chính xâc rất cao, đạt tới 0.1% hoặc bĩ hơn. Điều năy chứng tỏ rằng ngay cả cấu trúc lƣợng tử của mô hình cũng đê thănh công với câc dữ liệu thực nghiệm. Ngƣời ta đê xâc nhận rằng câc hệ số liín kết giữa W vă
Z với lepton vă quark có giâ trị đúng nhƣ Mô hình chuẩn đê dự đoân. Có một số dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy rằng liín kết ba boson chuẩn tuđn theo cấu trúc đƣợc quy định bởi đối xứng chuẩnSU(2)L U(1) .Y Tuy hạt boson Higgs đê đƣợc phât hiện văo thâng 3/2013, nhƣng đó không phải hạt Higgs trong Mô hình chuẩn. Tuy nhiín, sự kiện năy một phần chứng minh sự tồn tại của cơ chế Higgs - cơ chế tạo khối lƣợng cho vật chất vă đóng góp quan trọng trong sự thănh công của Mô hình chuẩn.
Nhƣ vậy, Mô hình chuẩn đê mô tả thănh công bức tranh hạt cơ bản vă câc tƣơng tâc đồng thời có vai trò quan trọng trong sự phât triển của vật lí hạt. Mô hình năy đê đƣợc công nhận rộng rêi, tín gọi “ Mô hình chuẩn của Vật lí hạt” xứng đâng nói lín vai trò của nó.
Bín cạnh những thănh tựu nổi bật, Mô hình chuẩn còn có một số hạn chế sau
Mô hình chuẩn không giải quyết đƣợc những vấn đề liín quan đến số lƣợng vă cấu trúc của câc thế hệ fermion nhƣ tại sao trong Mô hình chuẩn số thế hệ quark - lepton phải lă 3? Có thể tồn tại bao nhiíu thế hệ quark - lepton? Giữa câc thế hệ có sự liín hệ với nhau nhƣ thế năo?
Mô hình chuẩn cho rằng nơtrino chỉ có phđn cực trâi tức lă nơtrino có không có khối lƣợng. Nhƣng câc số liệu đo nơtrino khí quyển do nhóm Super - Kamiokande công bố năm 1998 đê cung cấp những bằng chứng về sự dao động của nơtrino, khẳng định rằng nơtrino có khối lƣợng.
Mô hình chuẩn không giải thích đƣợc tại sao quark t lại có khối lƣợng quâ lớn so với dự đoân. Về mặt lí thuyết, dựa theo Mô hình chuẩn thì khối lƣợng của quark t văo khoảng 10 GeV. Trong khi đó, năm 1995, tại Fermilab ngƣời ta đo đƣợc khối lƣợng của nó lă 175 GeV.
Mô hình chuẩn không tiín đoân đƣợc câc hiện tƣợng vật lí ở thang năng lƣợng cao cỡ TeV, mă chỉ đúng ở vùng năng lƣợng thấp văo khoảng 246 GeV.
Cho đến nay, không phải câc tham số của Mô hình chuẩn đều đƣợc thực nghiệm xâc nhận, đặc biệt lă câc hạt Higgs. Ngoăi ra, chƣa có câch giải thích động lực học về câc tham số cơ bản lă khối lƣợng vă hằng số liín kết. Lực hấp dẫn, với cấu trúc khâ khâc biệt so với câc lực mạnh vă điện yếu, không đƣợc đƣa văo mô hình [2].
SỐ LIỆU CHÍNH XÂC GẦN NHẤT (NĂM 2012)[24]
Bảng 4: Một số đại lƣợng vật lí cơ bản
Đại lƣợng Kí hiệu Giâ trị Độ chính xâc (ppb) Tốc độ ânh sâng 100 Hằng số Planck 50 Điện tích electron 25 Khối lƣợng electron 25 Khối lƣợng proton 25 Hằng số liín kết Fermi 2 4 o e c 0.68 Góc trộn yếu 2 W sin MZ Khối lƣợng boson Khối lƣợng boson Z Hằng số liín kết mạnh 0.1184(7)
Bảng 5: Câc boson Gauge vă boson Higgs
Khối lƣợng
Câc hệ số liín kết với lepton Bảng 6: Câc lepton Khối lƣợng m (MeV) 0.510998910 0.000000013 105.658367 0.000004 1776.82 0.16 Thời gian sống 6 (2.197034 0.000021) 10 s Bảng 7: Quark Khối lƣợng m (MeV)
Điện tích Số lạ s Số duyín Số đây Số đỉnh
Bảng 8: Một số mây gia tốc hạt lớn trín thế giới
Mây gia tốc Chùm hạt va chạm Ngăy mở cửa - ngăy đóng cửa TEVATRON
(Fermilab, Batavia, II) 1987 SLC (SLAC, Stanford) 1989-1998 HERA (DESY, Hamburg) 1992 LEP2 (CERN, Geneva) 1996-2000 PEP-II (SLAC, Stanford) 1999-2008 LHC (CERN, Geneva) 2008
TĂI LIỆU THAM KHẢO
Sâch vă giâo trình
1. Nguyễn Hữu Thắng. Giâo trình vật lí hạt nhđn. Trƣờng Đại học Đă Lạt
(2002).
2. Đặng Văn Soa. Đối xứng chuẩn vă mô hình thống nhất điện yếu. NXB
Đại học sƣ phạm (2006).
3. Emmanuel A. Paschos. Electroweak Theory (2007).
4. Nguyễn Nhƣ Lí. Sự tạo thănh vă phđn rê lepton điện gƣơng vă nơtrino
thuận thang điện yếu. Luận văn thạc sĩ (2008).
5. Hoăng Ngọc Long. Nhập môn Lí thuyết Trƣờng vă Mô hình thống nhất
Tƣơng tâc điện yếu. NXB Khoa học vă kĩ thuật (2003).
6. Đăo Vọng Đức. Băi giảng Lí thuyết Trƣờng vă Mô hình chuẩn (2005).
7. Hoăng Ngọc Long. Cơ sở vật lí hạt cơ bản. NXB Thống kí (2006).
8. Huỳnh Anh Huy. Băi giảng Vật lí hạt cơ bản (2007).
9. Nguyễn Xuđn Hên. Cơ sở lí thuyết trƣờng lƣợng tử. NXB ĐHQG Hă
Nội (1998).
10. Nguyễn Ngọc Giao. Hạt cơ bản. NXB Trƣờng ĐH Khoa học tự nhiín
(1999).
11. T. Morii, C. S. Lim, S. N. Mukherjee. The Physics of the Standard
Model and Beyond (2004).
12. W. N. Cottingham and D. A. Greenwood. An Introduction to the
Câc băi bâo
13. Question of Parity Conservation in Weak Interactions, The Physical
Review, 104, Oct 1, 1956.
14. Wu, C. S, Ambler, E, Hayward, R. W, D. D. Hoppes, and Hudson, R. P,
Experimental test of parity conservation in beta decay, Physical Review, 105(4), 1957.
15. A. Salam and J. C. Ward, Phys. Lett. 13(1964) 168.
16. S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19(21): 1264-1266.
17. Phys. Lett. B, 103-116 (1983).
18. F. J. Hasertetal. 1973a Phys. Lett. 46B 121.
19. F. J. Hasertetal. 1973b Phys. Lett. 46B 138.
20. M. Kobayashi, T. Maskawa (1973). Progress of Theoretical Physics 49
(2): 652.
21. F. Abe et al. (CDF Collaboration) (1995). Phys. Rev. Lett. 74(14) :2626-
2631.
22. Bill Carithers, Paul Grannis. Discovery of the top quark (1995).
23. Jeanna Bryner. LiveScience Managing Editor (14/3/2013).