Nhân loại cùng những hiểu biết của mình về vũ trụ và thế giới xung
quanh vẫn đang ngày càng phát triển. Những người Hy Lạp cổ đại lần đầu
tiên đoán được sự tồn tại của các hạt gọi là nguyên tử. 1500 năm sau
chúng ta đã chứng minh được sự tồn tại của nguyên tử và xem chúng là
những hạt nhỏ nhất tạo nên vật chất. Sau đó không lâu chúng ta phát hiện
ra proton, neutron và electron là các yếu tố tạo nên một nguyên tử. Tuy
nhiên chúng vẫn chưa phải những hạt nhỏ nhất trong vũ trụ, proton và
neutron được tạo thành bởi các hạt nhỏ hơn gọi là quark. Trong tương
lai, chúng ta sẽ còn tìm hiểu được nhiều điều kỳ thú trong vũ trụ và thế
giới xung quanh. Tuy nhiên, hiện tại các nhà khoa học đã tìm ra 10 lý
thuyết hạt cơ sở và nếu những lý thuyết này được chứng minh là có thật,
sẽ giúp giải thích được tất cả các hiện tượng, sự kiện xung quanh chúng
ta cũng như trong vũ trụ bao la.
1. Strangelet (hạt hủy diệt)
Hãy bắt đầu với khái niệm quen thuộc hơn, đó là hạt quark. Có tới 6
loại hạt quark, trong đó hai loại quark up và quark down là phổ biến
nhất, và đây là những gì tạo nên một nguyên tử. Quark strange là
loại không quá phổ biến, khi chúng kết hợp với các hạt quark up hoặc
down sẽ tạo ra một phân tử gọi là Strangelet. Đây là thành phần tạo nên
vật chất strange.
Strangelet được tạo thành khi một ngôi sao neutron sụp đổ vào chính
lõi của nó, tạo ra lực ép rất lớn lên các electron và proton trong phần
lõi của ngôi sao. Và chính điều này đã khiến các loại quark kết hợp với
nhau và tạo nên vật chất strange. Sau đó chúng có thể phân tán khắp vũ
trụ, bao gồm cả hệ Mặt trời của chúng ta.
Nếu như điều này đã từng xả ra, những hạt stranglet có thể biến đổi
hạt nhân của bất kỳ nguyên tử nào thành một hạt stranglet khi chạm vào
nó. Và cứ thể những hạt stranglet giống như một loại virut ăn mòn tất cả
các nguyên tử khác, biến chúng thành stranglet và tạo ra phản ứng dây
chuyền, cho đến khi không còn gì tồn tại ngoài các hạt stranglet này.
Trong thực tế, Máy gia tốc hạt lớn LHC (Large Hatdron Collider) của
Tổ chức Nghiên cứu hạt nhân châu Âu CERN trong quá trình xây dựng đã bị
cảnh báo. Vì các nhà khoa học lo sợ rằng LHC có thể vô tình tạo ra các
hạt stranglet dẫn đến sự hủy diệt của cả thế giới.
2. Sparticle (hạt siêu đối xứng)
Các nhà khoa học cho rằng các hạt tồn tại trong vũ trụ theo từng
đôi, được gọi là các hạt sparticle hay các hạt siêu đối xứng. Do đó, đối
với mỗi hạt quark ngoài vũ trụ, có một hạt quark song sinh đối xứng
hoàn hảo với nó. Và với hơn 60 hạt cơ bản mà chúng ta biết, mỗi loại hạt
đều có một sparticle đối xứng với nó. Tuy nhiên từ tước đến nay chúng
ta chưa từng phát hiện bất kỳ sparticle nào.
Để giải thích điều này, có một lý thuyết trong vật lý hạt, hạt nặng
hơn phân rã nhanh hơn so với các hạt nhẹ. Nếu một hạt đủ nặng, nó gần
như bị phân rã ngay lập tức khi vừa mới hình thành. Do đó có một giả
thuyết cho rằng các hạt sparticle là rất nặng và nó sẽ bị phân rã trong
nháy mắt, trong khi các hạt đối xứng mà chúng ta có thể quan sát vẫn tồn
tại. Điều này có thể giải thích tại sao chúng ta vẫn chưa thể tìm hiểu
được vật chất tối, bởi sparticle có thể bao gồm vật chất tối và tồn tại
trong một trạng thái mà chúng ta chưa thể quan sát được.
3. Antiparticle (phản hạt)
Có lẽ bạn đã nghe đến khái niệm phản vật chất (antimatter), và các
nhà khoa học cho rằng phản vật chất được tạo thành bởi phản hạt
(antiparticle). Các phản hạt có tính chất hoàn toàn giống như các hạt,
chúng giống như một cặp đối xứng. Về cơ bản tất cả các vật chất và hạt
đều có phản vật chất và phản hạt tương ứng, hoặc ít ra là cần phải như
thế.
Tuy nhiên với máy gia tốc hạt khổng lồ Large Hadron Collider, chúng
ta đã thực sự tìm thấy các phản hạt, chúng không còn là lý thuyết nữa.
Một giả thuyết khác mà đã được chứng minh trong lịch sử là các phản hạt
và hạt khi gặp nhau sẽ biết mất và giải phóng năng lượng.
Trong vụ nổ Big Bang, một giả thuyết khác cho rằng có sự tồn tại
với số lượng tương đương của các hạt và phản hạt. Ý tưởng là tất cả các
vật chất được tạo ra tại thời điểm đó, thì tương ứng với phản vật chất
cũng dược tạo ra cùng lúc. Chúng gặp nhau và tạo nên một vụ nổ lớn nhất
trong lịch sử. Một khái niệm khác được đặt ra đó là phản vũ trụ, rất có
thể vũ trụ mà chúng ta đang sống chỉ là một phần rất nhỏ, song song tồn
tại là một phản vũ trụ được tạo thành bởi phản vật chất và phản hạt, một
thế giới song song.
4. Graviton
Các nhà vật lý giả thuyết có hạt Graviton tồn tại vì những thành
công lớn của lý thuyết trường lượng tử và mô hình hóa hành vi của tất cả
các tuơng tác khác của tự nhiên là qua trung gian của các hạt cơ
bản: Tương tác điện từ bởi các photon, tương tác mạnh bởi các gluon,
và tương tác yếu Boson W và Boson Z . Giả thuyết này là sự tương tác hấp
dẫn tương tự như vậy qua trung gian của một hạt cơ bản, nhưng chưa được
khám phá - các hạt Graviton. Trong giới hạn cổ điển, lý thuyết sẽ thu
về thuyết tương đối rộng và định luật hấp dẫn của Newton trong giới hạn
lực hấp dẫn yếu.
Graviton là một hạt cơ bản giả thuyết có vai trò là hạt trao đổi
của lực hấp dẫn trong khuôn khổ lý thuyết trường lượng tử. Nếu nó tồn
tại, Graviton dự kiến sẽ không có khối lượng (vì lực hấp dẫn xuất hiện
với phạm vi không giới hạn) và phải có spin là 2 (Spin là một đại
lượng vật lý, có bản chất của mô men động lượng).
Việc tìm kiếm và chứng minh sự tồn tại của hạt graviton là rất quan
trọng, nó có thể sẽ là cầu nối giữa thuyết tương đối và vật lý lượng
tử. Ở mức năng lượng nhất định mà được gọi là thang Planck, tác dụng của
trọng lực làm thay đổi tính chính xác của thuyết tương đối và bắt đầu
áp dụng các quy tắc lượng tự. Do đó giải quyết được vấn đề này có thể là
chia khóa của lý thuyết vật lý thống nhất.
5. Graviphoton
Một lý thuyết khác về lực hấp dẫn ở cấp độ nguyên tử mà xuất phát
từ thuyết Kaluza Klein, trong đó các hạt graviphoton được tạo ra khi
trường hấp dẫn bị kích thích trong chiều thứ năm của không-thời gian.
Theo Kaluza Klein, điện từ và lực hấp dẫn có thể hợp nhất thành một lực
duy nhất trong điều kiện có nhiều hơn bốn chiều không-thời gian. Một
graviphoton sẽ có những đặc điểm của một graviton, nhưng nó cũng sẽ mang
các tính chất của một photon và tạo ra những gì mà các nhà vật lý gọi
là "lực thứ năm" (hiện nay có bốn lực cơ bản là hấp dẫn, điện từ, lực
mạnh giúp liên kết hạt nhân của nguyên từ và lực yếu).
6. Preon
Như chúng ta đã biết, hạt quark là hạt sơ cấp nhất và là thành phần
tạo nên proton và neutron, tuy nhiên liệu nó có phải thành phần bé nhất
trong vũ trụ? Các nhà khoa học cho rằng vẫn còn một loại hạt sơ cấp hơn
cấu thành nên các hạt quark, đó là preon. Xét một hạt nhân của nguyên
tử vàng có 79 ptoron, mỗi proton được tạo thành từ ba hạt quark, chiều
rộng của hạt nhân nguyên tử vàng là khoảng 8 femto-met (1/8 triệu
nano-met). Như vậy có thể thấy kích thước của hạt quark là vô cùng nhỏ,
và preon nếu tồn tại thì chúng ta cũng chưa có đơn vị nào đủ nhỏ để đo
kích thước của chúng.
Sự tồn tại và lý thuyết về hạt preon là rất quan trọng, vì từ đó có
thể giúp mở ra cánh cửa cho hàng ngàn lý thuyết hạt mới. Ví dụ như giải
thích sự khác biệt rất lớn giữa khối lượng và điện tích của các hạt từ
electron đến các hạt quark, chứng minh sự tồn tại của vật chất tối và
các hạt không thể quan sát ... và rất nhiều lý thuyết hạt khác.
7. Tachyon
Lý thuyết hạt tachyon là một hạt hạ nguyên tử có chuyển động nhanh
hơn cả tốc độ ánh sáng, nếu nó tồn tại thì rảo cản tốc độ ánh sáng sẽ bị
phá vỡ. Trên thực tế, nếu xem tốc độ ánh sáng là điểm trung tâm, thì
các hạt cơ bản có tốc độ chuyển động vô cùng chậm, tỏng khi tachyon ở
phía bên kia của rào cản có tốc độ chuyển động vô cùng nhanh.
Mối quan hệ tốc độ giữa hạt cơ bản và tachyon giống như sự đối xứng
qua một tấm gương là tốc độ ánh sáng. Để hiểu một cách đơn giản, các
hạt cơ bản muốn tăng tốc độ chuyển động, chúng cần được cung cấp năng
lượng. Để có thể vượt qua rào cản tốc độ ánh sáng, năng lượng cần cung
cấp là vô hạn. Ngược lại, đối với hạt tachyon, để giảm tốc độ chuyển
động, chúng cũng cần cung cấp năng lượng, giống như sự hãm phanh. Và để
giảm đến tốc độ ánh sáng, năng lượng cần cung cấp cũng là vô hạn. Nhưng
khi hạt tachyon tăng tốc độ di chuyển, năng lượng cần cung cấp giảm đi,
cho đến khi nó không cần năng lượng để hãm chuyển động, tốc độ của nó là
vô hạn.
8. String (lý thuyết dây)
Các hạt từ sơ cấp đến cao cấp đều là một chất điểm trong không
gian, tuy nhiên lý thuyết dây (string) cho rằng các hạt không thực sự là
một chất điểm mà chúng là một chuỗi với một chiều không gian. Lý thuyết
dây là một thuyết hấp dẫn lượng tử, được xây dựng với mục đích thống
nhất tất cả các hạt cơ bản cùng các lực cơ bản của tự nhiên, ngay cả lực
hấp dẫn. Chuỗi có thể thay thế preon và là thành phần xây dựng nên các
quark, ở cấp độ hạt cao hơn vẫn giữ nguyên tính chất.
Chuỗi có thể tạo thành bất cứ yếu tố nào giựa trên cách tổ chức của
nó. Nếu là một chuỗi mở, nó sẽ tạo thành một photon. Nếu một chuỗi tự
kết nối tạo thành một vòng, nó có thể tạo thành graviton.
Các nhà vật lý lý thuyết hiện đại đặt rất nhiều hy vọng vào lý
thuyết này vì nó có thể giải quyết được những câu hỏi như tính đối xứng
của tự nhiên, hiệu ứng lượng tử tại các lỗ đen (black hole), cũng
như tại cácđiểm kỳ dị, sự tồn tại và phá vỡ siêu đối xứng... Nó đồng
thời cũng mở ra những tia sáng mới cho cơ học lượng tử, không gian
và thời gian. Trong lý thuyết dây, tất cả các lực và các hạt được miêu
tả theo một lối hình học phong nhã, như ước mơ của Einstein về việc
thiết lập vạn vật từ khung hình học của không-thời gian. Và đặc biệt lý
thuyết dây sẽ góp phần chứng minh sự tồn tại của các chiều không gian
khác.
9. Brane (lý thuyết màng)
Brane, thuyết M hay còn gọi là lý thuyết màng là sự mở rộng từ lý
thuyết dây, theo đó các hạt có thể bao gồm nhiều chiều kích thước. Nếu
là một M-0 hạt là một chất điểm tương tự như hạt quark, nếu là M-1 sẽ có
dạng chuỗi, M-2 sẽ có dạng tấm phẳng. Cứ như vậy cấp càng cao thì càng
có nhiều chiều kích thước, dấn đến vũ trụ là một không gian đa chiều mà
chúng ta chỉ là một phần nhỏ trong đó.
Ngoại suy rộng hơn, có bao nhiêu chiều kích thước của một màng sẽ
có bấy nhiêu chiều không gian trong vũ trụ. Nếu có vô hạn màng sẽ dẫn
đến không gian vô hạn, từ đó hình thành lý thuyết đa vũ trụ và tuần
hoàn. Lý thuyết tuần hoàn cho rằng, vũ trụ sinh ra có chu kỳ của nó, bắt
đầu từ vụ nổ Big Bang, sau đó lực hấp dẫn kéo mọi thử trở lại tâm vụ nổ
Big Crunch. Năng lượng nén với khối lượng vật chất khổng lồ tiếp tục
tạo ra một vụ nổ Big Bang khác và vũ trụ bước vào chu kỳ tiếp theo của
nó.
10. Higg (hạt của Chúa)
Hạt Higgs được gọi là "hạt của Chúa" nguyên nhân bắt nguồn từ tiếng
Anh. Ban đầu hạt Higgs được gọi là "goddamn particle" tạm dịch là "hạt
mắc dịch" vì nó quá khó tìm ra. Sau này được sửa lái đi một chút thành
"god particle" vì lí do liên quan đến ngôn từ. Việc này dẫn đến việc
nhiều người không hiểu dễ bị nhầm tưởng "god particle" có liên quan đến
Chúa và do vậy liên quan đến lĩnh vực tôn giáo. Sự nhầm lẫn này càng đi
xa hơn khi "god particle" được dịch một cách máy móc sang các ngôn ngữ
khác, khiến cho nhiều người còn "chém gió" là do tầm quan trọng của nó
nên gọi là hạt của Chúa. Hạt higg đã được tìm thấy vào tháng 3 năm 2013
nhờ có máy gia tốc hạt khổng lồ Large Hadron Collider.
Giả thuyết từ những năm 1960 cho rằng hạt Higg là nguồn cung cấp
khối lượng cho các hạt cơ bản. Hạt Higg được tạo ra từ trường lượng tử
giả thiết phổ biến, hay còn gọi là trường Higg có khả năng cung cấp động
lượng cần thiết để các hạt có được khối lượng của chúng. Việc chứng
minh được sự tồn tại của hạt Higg là vô cùng quan trọng vì nó chứng tỏ
sự tồn tại của trường Higg và giải thích các nguồn năng lượng bên trong
nó.
Mặc dù chưa có những chứng cứ chính xác để xác thực các lý thuyết
hạt trên, tuy nhiên ai dám khẳng định là chúng không tồn tại. Những lý
thuyết về hạt strangelets, graviton, lý thuyết dây hay lý thuyết màng có
thể sẽ làm thay đổi tất cả những hiểu biết của chúng ta về cuộc sống và
vũ trụ, đưa chúng ta đến gần hơn với bản chất của thế giới mà chúng ta
đang sống.
Tham khảo: listverse, wiki
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét