Mô hình Chuẩn của Vật lý Hạt là một kiệt tác khoa học, nhưng vẫn còn nhiều điều chưa hoàn thiện. Ví dụ, chúng ta vẫn chưa hiểu rõ tại sao lại có vật chất tồn tại (hay nói cách khác là sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất), cùng với đó là vấn đề về vật chất tối và năng lượng tối cũng khiến các nhà khoa học đau đầu. Một trong những câu hỏi thú vị khác là có thể có một lực cơ bản thứ năm hay không. Bạn có thể đã biết đến bốn lực cơ bản trong tự nhiên là lực mạnh, lực yếu, trọng lực và điện từ, nhưng một số nhà vật lý cho rằng có thể tồn tại một lực thứ năm kết nối neutron và electron, hoạt động trong vũ trụ của chúng ta.
Mới đây, một nhóm các nhà khoa học quốc tế từ Đức, Thụy Sĩ và Úc đã xác định được giới hạn tối đa cho một hạt có thể mang theo lực này bằng cách nghiên cứu tần số chuyển tiếp của năm đồng vị canxi. Khối lượng của chúng được ước tính vào khoảng từ 10 đến 10 triệu electronvolt (đúng vậy, electronvolt đôi khi được sử dụng để đo khối lượng—cảm ơn lý thuyết E=mc²). Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters. Để có được con số này, các nhà nghiên cứu đã quan sát các chuyển tiếp nguyên tử của canxi-40, canxi-42, canxi-44, canxi-46 và canxi-48. Một chuyển tiếp nguyên tử xảy ra khi một electron—được hút bởi các hạt mang điện dương trong hạt nhân—tạm thời nhảy lên một mức năng lượng cao hơn. Những chuyển tiếp nguyên tử này có thể thay đổi tùy thuộc vào đồng vị và chịu ảnh hưởng bởi số lượng neutron trong nguyên tử.
Sau khi hoàn tất các quan sát, các tác giả đã lập bản đồ các biến thiên mà họ ghi nhận trên một biểu đồ gọi là biểu đồ King. Theo Mô hình Chuẩn, điều này lẽ ra phải tạo ra một biểu đồ tuyến tính. Tuy nhiên, điều mà nghiên cứu này phát hiện lại là một biểu đồ phi tuyến tính, cho thấy các sai lệch mà nhóm nghiên cứu phát hiện có thể là bằng chứng cho một lực thứ năm. Dù vậy, như các tác giả cũng đã lưu ý, điều này cũng có thể được giải thích trong khuôn khổ của Mô hình Chuẩn. Dù nguyên nhân nào gây ra những sai lệch này, việc đó không làm giảm khả năng của các nhà khoa học trong việc ước lượng khối lượng tối đa mà boson của lực thứ năm có thể có.
Việc tìm kiếm lực thứ năm này là một hành trình dài và là một nỗ lực khoa học vô cùng đa dạng. Vào những năm 1980, các nhà khoa học tại MIT từng nghĩ rằng lực hấp dẫn ngược có thể là một lực thứ năm, và một giả thuyết khác được gọi là "điều tinh túy" cũng đã trở nên phổ biến vào đầu thế kỷ này. Gần đây, Fermilab ở Chicago cho rằng họ có thể đang tiến gần đến việc phát hiện ra lực thứ năm, mặc dù các kết quả cuối cùng từ thí nghiệm “muon g-2” phần lớn xác nhận lại Mô hình Chuẩn. Các nỗ lực khác đã tìm kiếm bằng chứng về lực thứ năm từ những vật thể lớn hơn chỉ là các nguyên tử; ví dụ, Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã công bố một nghiên cứu năm ngoái cho rằng nếu phân tích kỹ lưỡng quỹ đạo của các tiểu hành tinh và phát hiện những sai lệch trong quỹ đạo đó, chúng ta có thể hiểu thêm về các lực hạt mà hiện chưa được hiểu rõ. Mục tiêu cuối cùng của nhóm nghiên cứu này, cũng giống như nhóm đứng sau bài báo mới này, là hiểu rõ hơn các ranh giới mà lực thứ năm có thể tồn tại.
Hiện tại, cuộc tìm kiếm vẫn tiếp tục, nhưng các nhà khoa học đang từng bước tiến gần hơn đến một câu trả lời có thể thay đổi cả lĩnh vực vật lý.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65081665/fifth-force-physics-discovery/
Mới đây, một nhóm các nhà khoa học quốc tế từ Đức, Thụy Sĩ và Úc đã xác định được giới hạn tối đa cho một hạt có thể mang theo lực này bằng cách nghiên cứu tần số chuyển tiếp của năm đồng vị canxi. Khối lượng của chúng được ước tính vào khoảng từ 10 đến 10 triệu electronvolt (đúng vậy, electronvolt đôi khi được sử dụng để đo khối lượng—cảm ơn lý thuyết E=mc²). Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters. Để có được con số này, các nhà nghiên cứu đã quan sát các chuyển tiếp nguyên tử của canxi-40, canxi-42, canxi-44, canxi-46 và canxi-48. Một chuyển tiếp nguyên tử xảy ra khi một electron—được hút bởi các hạt mang điện dương trong hạt nhân—tạm thời nhảy lên một mức năng lượng cao hơn. Những chuyển tiếp nguyên tử này có thể thay đổi tùy thuộc vào đồng vị và chịu ảnh hưởng bởi số lượng neutron trong nguyên tử.
Sau khi hoàn tất các quan sát, các tác giả đã lập bản đồ các biến thiên mà họ ghi nhận trên một biểu đồ gọi là biểu đồ King. Theo Mô hình Chuẩn, điều này lẽ ra phải tạo ra một biểu đồ tuyến tính. Tuy nhiên, điều mà nghiên cứu này phát hiện lại là một biểu đồ phi tuyến tính, cho thấy các sai lệch mà nhóm nghiên cứu phát hiện có thể là bằng chứng cho một lực thứ năm. Dù vậy, như các tác giả cũng đã lưu ý, điều này cũng có thể được giải thích trong khuôn khổ của Mô hình Chuẩn. Dù nguyên nhân nào gây ra những sai lệch này, việc đó không làm giảm khả năng của các nhà khoa học trong việc ước lượng khối lượng tối đa mà boson của lực thứ năm có thể có.
Việc tìm kiếm lực thứ năm này là một hành trình dài và là một nỗ lực khoa học vô cùng đa dạng. Vào những năm 1980, các nhà khoa học tại MIT từng nghĩ rằng lực hấp dẫn ngược có thể là một lực thứ năm, và một giả thuyết khác được gọi là "điều tinh túy" cũng đã trở nên phổ biến vào đầu thế kỷ này. Gần đây, Fermilab ở Chicago cho rằng họ có thể đang tiến gần đến việc phát hiện ra lực thứ năm, mặc dù các kết quả cuối cùng từ thí nghiệm “muon g-2” phần lớn xác nhận lại Mô hình Chuẩn. Các nỗ lực khác đã tìm kiếm bằng chứng về lực thứ năm từ những vật thể lớn hơn chỉ là các nguyên tử; ví dụ, Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã công bố một nghiên cứu năm ngoái cho rằng nếu phân tích kỹ lưỡng quỹ đạo của các tiểu hành tinh và phát hiện những sai lệch trong quỹ đạo đó, chúng ta có thể hiểu thêm về các lực hạt mà hiện chưa được hiểu rõ. Mục tiêu cuối cùng của nhóm nghiên cứu này, cũng giống như nhóm đứng sau bài báo mới này, là hiểu rõ hơn các ranh giới mà lực thứ năm có thể tồn tại.
Hiện tại, cuộc tìm kiếm vẫn tiếp tục, nhưng các nhà khoa học đang từng bước tiến gần hơn đến một câu trả lời có thể thay đổi cả lĩnh vực vật lý.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65081665/fifth-force-physics-discovery/
