Máy Va chạm Hadron Lớn đã đập các proton vào nhau trong nhiều năm. Nhưng gần đây, một vụ va chạm proton đã tạo ra một kết quả không thể xảy ra, đó là bước đầu tiên hướng tới việc khám phá cái gọi là “zeptoverse” - một quy mô thực tế nhỏ hơn rất nhiều lần so với một nguyên tử. Đây sẽ là quy mô nhỏ nhất của thế giới vật chất từng được khám phá và có thể thách thức những kỳ vọng của chúng ta về cách thức hoạt động của vật lý.

Trong khi cho các proton va chạm với nhau ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, các nhà khoa học tại CERN đã tìm thấy bằng chứng về một trong những sự phân hủy khó có thể xảy ra nhất của vật chất – khó có thể xảy ra đến mức đó là hiện tượng mà các nhà vật lý đã hy vọng quan sát được trong hơn bốn thập kỷ qua. Vụ va chạm tạo ra vô số hạt, trong đó có một số được gọi là meson B trung tính, và các nhà khoa học tìm thấy tín hiệu cho thấy một trong số chúng đã phân hủy thành muon và phản muon.

Meson phân rã liên tục. Những hạt nhỏ bé này, nhỏ hơn nguyên tử, phát sinh từ sự va chạm giữa các hạt khác và chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn trước khi biến đổi thành các hạt khác. Mặt khác, Muon tương tự như các electron tìm thấy trong nguyên tử, nhưng nặng hơn khoảng 200 lần. Các nhà khoa học nghiên cứu các hạt này và sự phân rã của chúng để kiểm tra các dự đoán của vật lý hiện tại và tìm kiếm manh mối về các hạt chưa biết.

Mô hình chuẩn—loại kinh thánh của vật lý hạt—dự đoán rằng cứ 10 tỷ phân rã của meson B trung tính thì sự biến đổi này sẽ xảy ra một lần. Nói cách khác, ngay cả khi các nhà khoa học quan sát thấy 10 tỷ hạt này đang phân rã, thì trung bình họ sẽ chỉ tìm thấy một muon và antimuon duy nhất. Khám phá này là lần đầu tiên một thí nghiệm thu được bằng chứng về hiện tượng này, chi tiết mà các nhà nghiên cứu đã công bố trong bản in trước trên arXiv.

“Các nhà vật lý đã theo đuổi sự phân hủy này trong hơn 40 năm,” Marco Santimaria, người đồng lãnh đạo nhóm phân tích quốc tế, cho biết trong một thông cáo báo chí từ CERN. “Cần phải có độ chính xác cực cao để tách các hạt muon ra khỏi phông nền choáng ngợp.”

Sự hiếm có đặc biệt của quá trình này giải thích tại sao phải mất hàng thập kỷ nghiên cứu mới đi đến phát hiện này. Nhưng việc nâng cấp Máy Va chạm Hadron Lớn vào năm 2024 cũng khiến việc quan sát hiện tượng này trở nên khả thi. Bản cải tiến này cho phép thu thập dữ liệu nhanh hơn và các kỹ thuật học máy mới cho phép các nhà nghiên cứu “loại bỏ nền tảng rộng lớn của các quá trình mà lẽ ra có thể làm mất tín hiệu từ các phân rã hạt đẹp hiếm gặp này,” như CERN đã mô tả trong tuyên bố của mình.

Sự phân rã này mở ra một con đường mới để nghiên cứu giới hạn của những gì các nhà khoa học có thể quan sát được. Hiện tại, các kết quả này phù hợp với các dự đoán vật lý hiện tại, nhưng các phép đo trong tương lai có thể tiết lộ những hiện tượng độc nhất của zeptoverse, mô tả thang đo khoảng cách được đo bằng zeptometer (tương đương một phần triệu triệu mét). Để dễ hình dung đơn vị này, một nguyên tử điển hình có đường kính khoảng 100.000 triệu zeptometer. Đó cũng là sự khác biệt về kích thước giữa bạn và một trong các tế bào da của bạn.

Ngoài zeptoverse còn có những thang đo nhỏ hơn nữa, chẳng hạn như chiều dài Planck, nhỏ hơn khoảng 60 nghìn tỷ lần so với zeptometer và là đơn vị lý thuyết nhỏ nhất có thể có trong vật lý. Các nhà khoa học vẫn không biết liệu có thứ gì thực sự tồn tại ở cấp độ đó hay không, nhưng người ta thường tin rằng vật lý mà chúng ta biết hoàn toàn bị phá vỡ ở quy mô đó. Tuy nhiên, nếu các nhà khoa học có thể tiếp cận được thế giới vi mô này, nó có thể giúp chúng ta hiểu được phần vô cùng nhỏ đầu tiên của giây sau Vụ nổ lớn, khi toàn bộ vũ trụ có kích thước như vậy.

Tuy nhiên, hiện tại, phần lớn những gì có thể xảy ra vẫn chỉ nằm trong suy đoán.

Câu chuyện này ban đầu xuất hiện trên WIRED en Español và đã được dịch từ tiếng Tây Ban Nha.

Bình luận

Quay lại đầu trang