Sách vật lý có thể phải viết lại vì một đột phá khoa học mới được phát hiện ra

 Các nhà vật lý cho biết, trong tự nhiên có thể đang tồn tại một lực thứ năm sinh ra thông qua các dao động bất thường của một hạt hạ nguyên tử.

Theo lý thuyết hiện tại, có 4 lực cơ bản trong tự nhiên, 3 trong số đó – bao gồm lực điện, lực từ, lực hạt nhân mạnh – được giải thích bằng mô hình chuẩn của vật lý hạt cơ bản. Tuy nhiên, mô hình này không giải thích được các lực cơ bản đã biết khác như lực hấp dẫn hay vật chất tối – một vật chất bí ẩn được cho đang chiếm đến 27% vũ trụ.

Hơn thế nữa, các nhà vật lý còn cho biết 4 lực cơ bản đã biết này còn không giải thích được những gì họ thu được trong thí nghiệm mới đây tại trung tâm gia tốc hạt FermiLab của Mỹ. Các thí nghiệm của FermiLab nhằm tìm hiểu về hành vi của các hạt hạ nguyên tử mới có tên gọi muon – về cơ bản chúng tương tự như các hạt electron nhưng nặng hơn 200 lần – khi di chuyển trong từ trường với tốc độ gần bằng ánh sáng.

Giáo sư Mitesh Patel, Đại học London cho biết: "Chúng tôi đang nói về một lực cơ bản thứ 5 bởi vì chúng ta không thể giải thích các hành vi (trong những thí nghiệm này) bằng 4 lực cơ bản mà chúng ta đã biết."

Ông Patel cho biết, hạt muon hành xử như con quay, khi nó quay quanh trục từ trường, nhưng khi di chuyển, chúng lại dao động. Thế nhưng kết quả đo lường từ thí nghiệm mới đây của FermiLab lại cho thấy tần số của dao động này khác biệt so với các dự đoán dựa trên lý thuyết mô hình chuẩn. Điều này cho thấy nó bị ảnh hưởng bởi một yếu tố bí ẩn khác chưa được biết tới.

Giáo sư Jon Butterworth của Đại học London, người từng làm việc trong thí nghiệm Atlas tại Trung tâm Gia tốc Hạt lớn (Large Hadron Collider) cho biết: "Việc dao động là do cách hạt  muon tương tác với từ trường. Chúng có thể được tính toán rất chính xác trong mô hình chuẩn nhưng tính toán đó lại liên quan đến các vòng lặp lượng tử, với những hạt đã biết xuất hiện trong vòng lặp đó".

"Nếu các phép tính đó không phù hợp với dự đoán thì đó có thể là một dấu hiệu cho thấy có một loại hạt chưa biết nào đó xuất hiện trong vòng lặp – chẳng hạn như một hạt nào đó tạo ra lực cơ bản thứ năm".

Trước đó vào năm 2021, một thí nghiệm tương tự của FermiLab cũng cho ra các kết quả như vậy. Tuy vậy, giáo sư Patel lưu ý rằng sự không chắc chắn giữa các kết quả của thí nghiệm đầu tiên và dữ liệu của thí nghiệm mới đang tăng lên xung quanh các dự đoán lý thuyết về tần số. Ông cho biết: "Có thể những điều họ thấy chỉ là tư duy khoa học tiêu chuẩn – về cái được gọi là mô hình chuẩn".

Vẫn còn những vấn đề khác. Ông Butterworth cho biết: "Nếu sự khác biệt (của các phép tính và thí nghiệm) được xác nhận, chúng tôi chắc chắn sẽ có điều gì đó mới mẻ và thú vị nhưng không thể biết chính xác đó là gì."

Các thí nghiệm tại FermiLab không phải nơi duy nhất cho thấy khả năng tồn tại một lực cơ bản thứ 5. Các nghiên cứu tại Trung tâm Gia tốc Hạt Lớn LHC cũng từng mang lại các phát hiện thú vị như kể trên, tuy vậy loại thí nghiệm mà trung tâm này tiến hành khác với thí nghiệm của FermiLab khi tìm hiểu tốc độ hạt muon và electron được sản sinh khi phân rã của một số hạt nhất định.

Nhưng ông Patel – người từng làm việc tại LHC – cho rằng, các kết quả đó đang trở nên kém chặt chẽ hơn. "Chúng là các thí nghiệm khác nhau, các phép đo khác nhau và có thể có hoặc không liên quan gì đến nhau".

Ông Butterworth cũng bổ sung thêm rằng, tần số dao động bất thường của hạt muon là một trong những khác biệt đáng kể nhất và tồn tại lâu nhất giữa phép đo và mô hình chuẩn. "Việc đo lường được nó là một thành tích tuyệt vời và hiện tại rất khó xảy ra sai sót. Vì vậy nếu các dự đoán lý thuyết được giải quyết, đây có thể là bằng chứng xác nhận đầu tiên cho loại lực cơ bản thứ năm – hoặc một thứ gì đó kỳ lạ và nằm ngoài mô hình chuẩn."

Tham khảo The Guardian