Trước khi loại hạt khó nắm bắt này được chính thức phát hiện (trong thí nghiệm va chạm hạt), nó đã sớm được người ta nghĩ tới/tưởng tượng ra (imagined).
Một trong những câu chuyện nổi tiếng trong biên niên sử của ngành vật lý, kể về cậu bé 5 tuổi Albert Einstein, bị ốm và được nhận một cái la bàn từ cha của cậu. Cậu bé đã rất thắc mắc và thực sự bị mê hoặc bới một sức mạnh vô hình- thứ đã luôn hướng cây kim của la bàn chỉ về hướng Bắc mỗi khi vị trí của nó bị thay đổi. Trải nghiệm này đã thuyết phục cậu bé tin rằng còn có một trật tự bí ẩn, ẩn sâu trong tự nhiên chưa được khám phá. Từ đó thúc đẩy cậu bé dành cả đời để tìm ra lời giải đáp (như chính Einstein đã thú nhận sau này).
Mặc dù câu chuyện đã có tuổi hàng thế kỷ, thế nhưng cậu bé ham tìm hiểu-Einstein đã chạm trán với một chủ đề quan trọng trong ngành vật lý hiện đại. Chủ đề mà sau này là nền tảng cơ sở cho một trong những thành tựu thí nghiệm quan trọng nhất của ngành trong 50 năm gần đây: Sự phát hiện ra hạt Higgs (tháng 6 năm 2012).
Hãy để tôi giải thích.
Khoa học nói chung và vật lý nói riêng, luôn tìm kiếm các hình mẫu (patterns). Kéo một cái lò xo dài ra gấp đôi và cảm nhận lực cản tăng lên gấp đôi, đó là một hình mẫu. Tăng gấp đôi thể tích mà một đối tượng chiếm nhưng vẫn giữ nguyên khối lượng và đối tượng đó sẽ nổi cao hơn trên mặt nước (so với thể tích cũ), cũng là một hình mẫu. Bằng cách quan sát thật cẩn thận các hình mẫu, các nhà nghiên cứu đã phát hiện các định luật vật lývà thể hiện chúng dưới ngôn ngữ của các phương trình toán học.
Ta cũng có thể thấy một hình mẫu hiển nhiên trong trường hợp chuyện la bàn đã kể bên trên: Di chuyển la bàn và cây kim sẽ luôn chỉ về hướng Bắc. Cậu bé Einstein có lẽ đã nghĩ về một đinh luật tổng quát nào đó- quy định rằng cây kim kim loại phải bị đẩy về hướng Bắc. Hiển nhiên là không có định luật nào như vậy. Khi được đặt trong một khu vực có từ trường, đương nhiên đối tượng kim loại sẽ nhận một lực hút kéo chúng theo hướng của từ trường (nói một cách đơn giản là vậy) và không bị phụ thuộc vào vị trí của từ trường trong không gian. Ở đây, từ trường của trái đất chỉ vô tình nằm chỉ về hướng Bắc mà thôi.
Ví dụ thì có vẻ đơn giản nhưng các bài học rút ra được thì lại thâm sâu hơn rất nhiều. Những hình mẫu trong tự nhiên có đôi lúc phản ánh hai yếu tố đan xen: định luật vật lý cơ bản và tác động của môi trường. Trong trường hợp của chiếc la bàn, để gỡ hai yếu tố này ra khỏi nhau không phải vấn đề quá khó. Bằng cách sử dụng một nam châm để điều khiển kim la bàn, bạn có thể dễ dàng kết luận phương của từ trường quyết định hướng của kim. Thế nhưng cũng có những tình huống mà tác động của tự nhiên quá lớn, vượt xa khả năng điều khiển của chúng ta. Do đó để nhận ra sự tác động của tự nhiên cũng có khi là những thử thách đang ngại.
Các nhà vật lý thường kể câu chuyện ngụ ngôn về những con cá nghiên cứu định luật của vật lý nhưng lại quên mất việc cân nhắc sự tác động của môi trường (do chúng quá quen với môi trường nước xung quanh). Chúng cố gắng quẫy thật mạnh để giải thích những cái lắc lư, lay động của thực vật xung quanh, cũng như chuyển động của chính bản thân chúng. Những định luật mà chúng phát hiện và phát triển đều rất rắc rối và cồng kềnh. Cũng may, một con cá thông minh đã nhìn ra yếu tố đột phá. Có lẽ sự rắc rối của định luật chính là phản ánh hoạt động của một cử động cơ bản đơn giản trong môt môi trường phức tạp nào đó. Một môi trường chưa đầy chất lỏng có tính lan tỏa, tính nhớt và không nén được : chính là Đại Dương. Lúc đầu, những ý kiến đầy sâu sắc của chú cá đó đều bị bỏ qua, thậm chí là chế nhạo. Thế nhưng dần dần, những con cá khác cũng bắt đầu nhận ra môi trường xung quanh chúng. Nó (môi trường) tuy thân thiện như thế nhưng lại có tác động đáng kể đến mọi thứ chúng quan sát.
Câu chuyện này có tác động đến chúng ta nhiều hơn chúng ta đã nghĩ ko ? Liệu có một thứ gi khác, tinh tế nhưng vẫn có tính lan tỏa trong môi trường mà chúng ta đã bỏ lỡ khi đưa ra những hiểu biết , tính toán của mình hay ko ? Sự phát hiện hạt Higgs bởi Large Hadron Collider (Máy va chạm siêu lớn Hadron- gọi tắt LHC) tại Geneva đã thuyết phục các nhà vật lý rằng, câu trả lời là CÓ.
Gần nửa thế kỷ trước, Peter Higgs cùng một số ít các nhà vật lý khác đã cố gắng để tìm hiểu về bản chất của một đặc điểm vật lý cơ bản: KHỐI LƯỢNG (mass). Bạn có thể nghĩ KHỐI LƯỢNG giống như trọng lượng của một đối tượng, hay chính xác hơn một chút, là phản lực/kháng lực mà nó tạo ra khi chuyển động của nó thay đổi. Nếu bạn đẩy một con tàu chở hàng (hoặc một cái lông vũ) để tăng tốc độ của nó thì phản lực/ kháng lực bạn nhận được sẽ phản ánh khối lượng của nó. Ở cấp độ hiển vi, khối lượng của một con tàu chở hàng đến từ các phân tử và nguyên tử cấu thành nên nó. Và các phân tử và nguyên tử thì lại cấu thành từ các hạt cơ bản hơn, điện tử và hạt quarks. Thế nhưng khối lượng của các hạt đó và các hạt cơ bản khác từ đâu mà có ?
<Còn tiếp>
Người dịch: Trungmaster, theo Smithsonian
[…] 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 […]
[…] Bản thân trường Higgs như các bạn đã biết ( và chúng tôi đã trình bày ở bài đầu tiên) cũng được phát sinh từ những nghiên cứu toán học nhằm tìm kiếm một cơ […]