Thế giới hạt cơ bản, vai trò của hạt Higgs và công cuộc săn tìm loại hạt này
shinbehv
8 nămBình luận: 195
Lịch sử của con người bao gồm lịch sử khám phá ra các hạt cơ bản theo tiến trình thời gian với kích thước ngày càng nhỏ dần: chất - phân tử - nguyên tử (nguyên tố hóa học) - và thế giới hạ nguyên tử. Nhân sự kiện cỗ máy gia tốc đắt tiền nhất giới LHC vừa phát hiện một hạt mới mà rất nhiều người hi vọng nó là "Hạt của chúa" hay các nhà khoa học gọi nó là Higgs boson, mình viết bài này để các bạn có một bức tranh tổng quan về một thế giới toàn các hạt nhỏ bé và vai trò của hạt Higgs. Một số thông tin ở đây có thể chưa đúng theo chuẩn mực khoa học, mình chỉ cố gắng diễn dải một cách dễ hiểu nhất cho các bạn.

Các hạt cơ bản

Trở lại với vấn đề. Mình xuất phát từ kiến thức cơ bản nhất mà các bạn ở đây điều biết: nguyên tử. Chúng ta biết rằng nguyên tử bao gồm một hạt nhân mang điện tích riêng ở trung tâm và (các) electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh.

Cho tới gần đây, electron được coi là hạt cơ bản vì chúng không thể phân chia được (ít nhất ở thời điểm hiện tại). Electron là một lepton, có nhiều hạt lepton khác và chúng tạo thành các thế hệ lepton mang điện và không mang điện. Electron là thế hệ lepton mang điện thứ nhất, muon (đọc là "miu on") là thế hệ hai và tauon là lepton thế hệ thứ ba. Ba hạt này có điểm chung là có điện tích -1 (đơn vị điện tích), spin 1/2 (khái niệm spin có thể hiểu nôm na là do tính tự quay quay trục của các hạt này) và khối lượng các hạt này tăng dần theo thế hệ. Trong nhiều quá trình phân rã người ta quan sát thấy các lepton mang điện luôn kết cặp với một hạt không mang điện tương ứng, chúng được gọi là các lepton không mang điện hay neutrino, có 3 loại neutrino tương ứng với các thế hệ lepton: neutrino electron, neutrino muon và neutrino tauon. Cả ba loại neutrino này đều có spin 1/2 nhưng chúng không mang điện tích và có khối lượng rất bé.

Trong khi đó, hạt nhân lại được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn được gọi là proton va neutron. Tuy nhiên chúng vẫn là các hạt có cấu tạo, các hạt cấu thành chúng được gọi là quark. Có 6 loại quark được biết và chúng cũng tạo thành các thế hệ và thường xuất hiện cùng nhau như các cặp lepton mang điện và không mang điện: up (u) và down (d) (thế hệ 1), charm (duyên - c) và strange (lạ -s) (thế hệ 2), top (t) và bottom (b) (thế hệ 3). Tuy các quark cũng có spin 1/2 nhưng chúng có điện tích không phải là các số nguyên mà là bội số của 1/3 (cụ thể là 1/3 và 2/3 đơn vị điện tích).


Quark và lepton là những hạt cơ bản, hai loại này gộp lại với nhau được gọi là các fermion, tức là những hạt có spin 1/2. Ngoài ra tương ứng với mỗi fermion còn có các hạt gọi là phản fermion, ví dụ phản electron là positron mang điện tích +1.

Các tương tác trong tự nhiên

Chúng ta biết rằng các điện tích thì có thể hút hoặc đẩy nhau. Các fermion cũng tương tự như vậy. Nhưng cơ chế tương tác của chúng như thế nào? Mình sẽ giải thích trường hợp hai electron. Hai electron sẽ tương tác với nhau qua một hạt khác gọi là photon hay là "lượng tử ánh sáng" như chúng ta biết. Giả sử một electron A phát ra một photon và bị lệch khỏi đường đi ban đầu, photon này bay ra và bị hấp thụ bởi electron B khiến electron B lệch đường đi của nó. Như vậy thông qua trao đổi photon hai electron này đi ra xa nhau hay nói cách khác chúng đẩy nhau. Tương tác trao đổi photon như vậy được gọi là tương tác điện từ, hạt như photon gọi là hạt truyền tương tác và tương tác điện tử có ở tất cả các hạt mang điện. Các nhà khoa học cũng định nghĩa 3 tương tác khác với các hạt truyền tương tác tương ứng:
  • Tương tác hấp dẫn: xuất hiện giữa các vật có khối lượng, hạt truyền tương tác gọi là graviton (tuy nhiên thực nghiệm chưa phát hiện hạt này)
  • Tương tác mạnh (tương tác trong lòng hạt nhân) là tương tác giữa các quark, hạt truyền tương tác gọi là gluon.
  • Tương tác yếu: là loại tương tác xảy ra ở các quá trình phóng xạ và phân rã, hạt truyền tương tác là W+, W- và hạt Z với điện tích tương ứng là +1, -1 và 0.
Tất cả các hạt truyền tương tác ở trên gọi là boson, khác với các fermion, boson có spin là một số nguyên. Ví dụ W+, W-, Z hay photon có spin bằng 1. Ở trên đây, lepton khác quark ở chỗ chúng không tham gia tương tác mạnh. Các quark và lepton kết cặp tương ứng với nhau vì nguời ta cho rằng chúng có tính đối xứng spin 1/2 giống như các bạn đã biết sự đối xứng spin giữa proton và neutron.

Bạn sẽ thắc mắc chưa thấy hạt Higgs boson ở đâu?

Các nhà khoa học thường cố gắng làm mọi thứ đơn giản, vì thế họ tìm một lý thuyết chung cho tất cả các tương tác trên. Ngoại trừ tương tác hấp dẫn, một lý thuyết chung cho cả 3 tương tác còn lại đã được chấp nhận rộng dãi, người ta gọi nó là Mô hình chuẩn (Standard Model- SM). Vấn đề nằm ở đây, mô hình chuẩn dựa trên những nguyên tắc toán học chính xác gọi là sự đối xứng, và những nguyên tắc toán học này đòi hỏi các hạt fermion và boson truyền tương tác đều phải có khối lượng bằng 0. Nhưng thực tế thì electron hay các hạt W+, W- và Z có khối lượng, và chỉ có neutrino có khối lượng gần bằng 0. Như vậy là không ổn, để giải quyết điều này, người ta cho rằng ban đầu các lepton đúng là có khối lượng bằng 0, thời điểm này đã rất xa hiện tại, và các bạn có thể hiểu nó gần mới thời điểm của vụ nổ Big Bang.

Cụ thể hơn, nhiệt độ của vũ trụ khi ấy rất lớn và các hạt do đó chuyển động nhanh và mang năng lượng cao. Khi nhiệt độ vũ trụ giảm đi thì điều đó không còn đúng nữa, người ta cho rằng việc giảm nhiệt này dẫn tới một sự phá vỡ đối xứng giữa các hạt fermion kết cặp ở trên. Đồng thời với sự phá vỡ này, nhà vật lý Peter Higgs đưa vào một hạt boson có spin = 0 để khi tương tác với các hạt kết cặp nó sẽ truyền khối lượng cho các hạt đó, như vậy thì các lepton mang điện (electron) và các boson truyền tương tác yếu sẽ có khối lượng. Hạt đó sau này được gọi là Higgs boson. Do đó Higgs vô cùng quan trọng với lý thuyết Mô hình chuẩn, có thể nói gần như tất cả những dự đoán của Mô hình chuẩn đã được kiểm chứng, ngoại trừ việc người ta chưa tìm thấy hạt Higgs. Vì thế cuộc săn lùng hạt Higgs trở thành mục tiêu hàng đầu của những chương trình thực nghiệm toàn cầu.

Tại sao cần LHC và Tevantron để tìm Higgs?

Như đã nói ở trên, phá vỡ đối xứng kết cặp chỉ xảy ra ờ thời điểm mà vũ trụ bắt đầu nguội đi sau Big Bang, khi ấy thì hạt Higgs xuất hiện. Vì thế để có thể dò tìm hạt Higgs, người ta cần mô phỏng lại những điều kiện như thế. Các điều kiện này chỉ có thể có ở những máy gia tốc có năng lượng rất cao như LHC (Máy gia tốc hạt lớn) ở CERN (Trung tâm nghiên cứu hạt nhân Châu Âu, trụ sở chính tại Thụy Sỹ) và Tevantron ở Fermilab (bang Illinois, Hoa Kỳ). Hai hôm trước khi LHC công bố kết quả về hạt mới này các nhà khoa học tại Tevantron cũng đã dần đi tới giới hạn khối lượng mà hạt Higgs có thể có, đồng thời CERN cũng tiến gần hơn tới cuộc săn lùng vĩ đại trong lịch sử khoa học này. Các bạn sẽ thắc mắc một chút là tại sao lại có hai máy dò như ATLASCMS hoạt động đồng thời? Lý do ở đây là mặc dù hai máy này đều tiến hành các đo đạc liên quan tới hạt Higgs, nhưng người ta phải áp dụng những nguyên tắc khác nhau để có thể kiểm chứng và đối chiếu kết quả trước khi đi đến kết luận cuối cùng. Việc chỉ có một máy dò như sự kiện kết luận neutrino chuyển động lớn hơn vận tốc ánh sáng trước đây có thể rất dễ dẫn tới sai lầm.

Nếu hạt mới đúng là Higgs?

Khi đó công cuộc tìm kiếm mảnh ghép cuối cùng của mô hình chuẩn sẽ kết thúc. Môt lý thuyết đẹp tuyệt đã được giải mã hoàn toàn. Thực sự là khi ấy mình không biết điều gì sẽ xảy ra nữa. Có thể người ta đi giải quyết một số vấn đề khác như khối lượng của hạt neutrino, ứng viên vật chất tối và rồi lại nảy sinh một hạt cơ bản mới, thậm chí tương tác mới .... Có thể rất nhiều trong số chúng sẽ được sử dụng để chiếc chip máy tính bạn chạy với tôc độ chóng mặt hay một cơ chế cho phép bạn du hành vũ trụ 😁.
hy vọng đây là là 1 bước tiến lớn của loài người
bước đệm để chúng ta vươn tới những nơi xa xôi khác trong vũ trụ
vjpden33
TÍCH CỰC
8 năm
Đọc lằng nhẳng hơi hiểu hiểu tý.Thấy dài dài nên k đọc hết nữa @@
@vjpden33 nếu có cái hình ảnh infographic thì hay nhĩ..
tienanbich
TÍCH CỰC
8 năm
Em xin góp ý là còn cả tương tác điện từ nữa 😁
Hoaizzz. Nhức đầu nhỉ. Khó hiểu ưa. 😆
Trong các loại hạt ,biết mỗi hạt xoàn
@vuidoi 😕😕:eek::eek:
@vuidoi mình khoái mấy cái loại hạt không nhìn thấy hơn, chứ cái hạt mà bạn biết thì mềnh lại ko quan tâm lắm
@vuidoi Mình thích "hạt" kim cương hơn. 😁

Sent from my GT-S5360 using Tinhte.vn
heocdt
ĐẠI BÀNG
8 năm
@vuidoi Chú này giống ý gấu mình, chỉ yêu mỗi xoàn.
hoa mắt ngu hoá, lý từ bé
nhà mình có hạt đậu xanh, đậu đen, đậu nành nè 😃
sucsong1
TÍCH CỰC
8 năm
phát hiện vĩ đại nhất trong vòng 40 năm gần đây
lindanhoc
ĐẠI BÀNG
8 năm
tóm lại đọc xong cũng ko hiểu mấy.ai túm lại là nghiên cứu để làm cái gì ko?
halasatthu
ĐẠI BÀNG
8 năm
@inhead_19 thế mới biết học sinh việt nam toàn học những thứ bác học những thứ mà đến giáo sư bên tây mới nghiên cứu 😁
@inhead_19 vật lý 12 chương từ vi mô đến vĩ mô chỉ giới thiệu theo kiểu cưỡi ngựa xem hoa thôi bác à,chứ làm gì mà đến mô hình chuẩn rồi hạt truyền tương tác này kia,em nhớ nó chỉ vẽ cái bảng ghi mấy cái này nọ thôi mà
inhead_19
ĐẠI BÀNG
8 năm
@tienphat01vn mô hình chuẩn thì ko có nhưng mấy hạt truyền tương tác thì có, hùi đó học thay cug hay hay. Phát triển kiểu này koi chừng mấy pua nua tìm ra nguoi ngoai hanh tinh lun ah!!
daohuuke
ĐẠI BÀNG
8 năm
@titatituto mình thích thuyết này: Nhanh hơn vận tốc ánh sáng là trôi về quá khứ, chậm hơn là trôi đến tương lai và = là thời gian không chuyển động. nó có vẻ logic, trong các bộ phim viễn tưởng thì cỗ máy tgian cũng theo nguyên lý này😃
87ROGER
ĐẠI BÀNG
8 năm
hay .................................................
vutoanltvp
ĐẠI BÀNG
8 năm
Hì. Bạn này hôm trước có trích ý kiến của mình trong bài "Dự án Zplasma..." phải nói là kiến thức của bạn rất rộng, đọc không hiểu cho lắm nhưng mà cũng vote cho bạn một phiếu. trình độ của mình chỉ đủ hiểu đến các Electron, photon và cùng lắm chỉ đến Qark mà thôi 😁
longoanhi
TÍCH CỰC
8 năm
nghe thiên hạ đồn hạt này mà áp dụng vào máy tính thì nhanh gấp triệu lần máy tính xịn nhất hiện nay ko biết điều đó có đúng ko =))
dino_su
CAO CẤP
8 năm
không hiểu gì nhiều nhưng mong là ứng dụng được vào thực tiễn
tuankts2
TÍCH CỰC
8 năm
nói tóm lại là còn cả tỷ vấn đề nữa sau khi tìm ra nó =))
centernc
TÍCH CỰC
8 năm
đọc xong cái này, bể nảo luôn. Khó hiểu quá
jerryim
ĐẠI BÀNG
8 năm
đúng là khoa học kaka
hạt Higgs cũng giống như hột é thôi.
@CloudNine Khám phá này vĩ đại nhất này 😁
hàng chục tỉ dollar giờ đã cho ra kết quả đầu tiên kể cả ko phải hạt higgs chăng nữa thì vẫn là một bước tiến lớn của loài người😃
Hay! Do.c de^~ hie^?u ma`, thanks ta'c gia?!!!
Cá nhân
Bạn
Hi bạn!
Điểm Reward Store: 
Tuổi Tinh tế: 
Cấp độ thành viên Tinh Tế


Tải app Tinh tế

Tải app Tinhte - Theo dõi thông tin mà bạn yêu thích

Tải app TinhteTải app Tinhte
Tải app Tinh tế cho Android trên Google PlayTải app Tinh tế cho iPhone, iPad trên App Store



Cộng đồng nổi bật




  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2020 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: 209 Đường Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Phường 7, Quận 3, TP.HCM
  • Số điện thoại: 02862713156
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019