Hai nhà Vật Lý lừng danh Francois Englert và Peter Higgs đã đồng nhận giải Nobel 2013 về lĩnh vực Vật Lý cho công thức độc lập của họ về cơ cấu của các hạt Higgs, từ đó giải thích cơ sở “khối lượng” của các hạt cơ bản (VietFuji đã có chuyên đề riêng về hạt Higgs tại đây). Lý thuyết này đã được chứng minh trong sự kiện phát hiện hạt Higgs tại máy gia tốc nguyên tử cỡ lớn LHC (Large Hadron Collider) của tổ chức nghiên cứu nguyên tử CERN vào năm 2012.
Vào năm 1964, Englert (cùng với người đồng nghiệp nay đã mất của ông là Robert Brout) và Peter Higgs đã độc lập đề xuất giả thuyết về một cơ cấu hoạt động đặc biệt, mà nhờ đó các hạt cơ bản có thể có “khối lượng”.
Lý thuyết về Mô Hình Chuẩn (Standard Model) của Vật Lý vào thời điểm đó đã vấp phải một vấn đề nghiêm trọng. Đó là các hạt cơ bản- tức là các hạt nhỏ nhất, cấu thành nên các hạt khác- được dự đoán là không có khối lượng. Dự đoán này mẫu thuật trực tiếp với những quan sát mà theo đó, những tương tác mạnh và yếu chỉ có thể xảy ra trong khoảng cách vô cùng ngắn (khoảng vài femtometers đổ xuống – 1 femtometer tương đương 10^-15 meter), mà tương tác trong khoảng cách ngắn đòi hỏi các hạt tham gia phải có “khối lượng”. Tuy nhiên trong thời điểm đó, không có một cơ cấu nào cho phép các hạt đó có “khối lượng”.
Englert, Brout, Higgs và nhiều nhà Vật Lý Học khác đã đề xuất về một cơ cấu mà hiện nay thường được gọi là cơ cấu Higgs (Higgs mechanism), với trung gian là một hạt cơ bản mới được gọi là hạt Higgs. Sau nhiều thập kỷ, hạt Higgs đã chính thức được phát hiện vào năm 2012 ( với các đặc điểm chính được xác thực vào năm 2013) bởi cụm máy thí nghiệm ATLAS và CMS của máy gia tốc nguyên tử cỡ lớn LHC tại CERN. Hạt Higgs còn thường được gọi là “Hạt của Chúa” – the God particle ( như trên các phương tiện thông tin đại chúng). Cụm từ này được khai sinh khi nhà Vật Lý học Leon Lederman muốn gọi cuốn sách khá nổi tiếng của ông trong lĩnh vực Vật Lý Hạt là “the goddamn particle” (tạm dịch: hạt chết tiệt). Đương nhiên là các nhà xuất bản đã không đồng ý điều này.
Về cơ bản, các hạt cơ bản nằm trong trường Higgs và bị hãm tốc độ bởi tương tác của chúng với các hạt Higgs. Và thuyết tương đối cho chúng ta biết rằng, những hạt di chuyển chậm hơn vận tốc của ánh sáng là những hạt mang khối lượng. Tuy nhiên, có 2 điều chúng ta cần phải làm rõ với nhau.
Thứ nhất, không phải tất cả khối lượng đều là kết quả của cơ cấu Higgs. Cơ thể con người có khoảng 20g electrons (điện tử) và khối lượng của chúng đều đến từ trường Higgs. Thế nhưng neutrons và protons, những hạt cấu thành phần lớn khối lượng của vật chất, lại là những hạt tổng hợp tương tác với nhau bằng cách trao đổi gluon. Chúng được tạo thành từ sự kết hợp của hạt quarks “lên” và “xuống” (up and down quarks). Do E=mc2, năng lượng liên kết các hạt quarks mới là đối tượng tạo phần lớn “khối lượng” cho protons và neutrons. Khoảng 99% khối lượng của vật chất thông thường là từ liên kết năng lượng của hạt quarks và chỉ có 1% đến từ tương tác của chúng với trường Higgs.
Điều thứ hai, đó là hạt Higgs có khối lượng: khoảng 130 lần khối lượng của một proton hoặc neutron. Khối lượng này là kết quả của tương tác giữa hạt Higgs và trường Higgs (bạn có thể hiểu rõ hơn qua clip cuối bài viết).
Việc giải thích được làm thế nào các hạt cơ bản có khối lượng dựa trên cơ chế Higgs là một bước tiến đáng chú ý trong việc giải thích những bí ẩn của sự tồn tại. Trải qua nhiều khó khăn gian khổ cho đến khi hạt Higgs được chính thức phát hiện, chứng minh rằng cơ chế Higgs thật sự tồn tại, lý thuyết này cũng như nhà Vật Lý Peter Higgs xứng đáng được vinh danh một cách danh giá nhất. Và giải thưởng Nobel cho lĩnh vực Vật Lý là điều mà không ai có thể phủ nhận được. Xin chúc mừng hai nhà Vật Lý Peter Higgs và Francois Englert.
[youtube link=”http://www.youtube.com/watch?v=joTKd5j3mzk” width=”590″ height=”315″]
Người dịch: Trungmaster, theo Gizmag
