Mô hình chuẩn trong Vật lý hạt là một kiệt tác khoa học, nhưng cho đến nay, nó vẫn chưa hoàn chỉnh. Còn nhiều điều bí ẩn chúng ta chưa giải thích được, chẳng hạn như tại sao lại tồn tại vật chất trong vũ trụ (hay còn gọi là sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất), và cả những vấn đề liên quan đến vật chất tối và năng lượng tối.
Một câu hỏi thú vị khác trong khoa học là có thể có hay không một lực cơ bản thứ năm. Có lẽ bạn đã quen thuộc với bốn lực tiêu chuẩn hiện nay gồm lực mạnh, lực yếu, lực hấp dẫn và điện từ. Tuy nhiên, một số nhà vật lý lại nghi ngờ rằng có thể có một lực thứ năm có thể liên kết giữa các neutron và electron cũng đang 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 tìm ra giới hạn trên của một hạt có thể mang lực này bằng cách quan sát tần số chuyển tiếp của năm đồng vị canxi. Các khối lượng này được ước tính khoảng từ 10 đến 10 triệu electronvolt (có, electronvolt đôi khi được dùng làm đơn vị đo khối lượng - cảm ơn định luật E=mc²). Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Để đạt 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. Chuyển tiếp nguyên tử xảy ra khi một electron, bị thu hút bởi các hạt dương trong hạt nhân, tạm thời nhảy lên một mức năng lượng cao hơn. Những chuyển tiếp này có thể khác nhau tùy thuộc vào đồng vị và bị ảnh hưởng bởi số lượng neutron trong nguyên tử.
Sau khi hoàn tất các quan sát, các tác giả đã lập bản đồ cho những biến đổi mà họ ghi nhận trên một đồ thị gọi là đồ thị King. Theo mô hình chuẩn, điều này lẽ ra phải tạo ra một đồ thị tuyến tính. Tuy nhiên, điều mà nghiên cứu đã phát hiện không phải như vậy. Nhờ độ nhạy cao của thí nghiệm, đồ thị cuối cùng không phải là tuyến tính, điều này gợi ý rằng những sai lệch mà nhóm nghiên cứu phát hiện có thể là bằng chứng cho một lực thứ năm.
Dù vậy, các tác giả cũng chỉ ra rằng điều này cũng có thể được giải thích trong khuôn khổ mô hình chuẩn. Tuy nhiên, bất kỳ điều gì gây ra những sai lệch này cũng không làm giảm khả năng của các nhà khoa học trong việc đặt ra giới hạn trên cho khối lượng của boson lực thứ năm có thể tồn tại.
Cuộc tìm kiếm lực thứ năm này là một quá trình dài, và đây là một nỗ lực khoa học khá rộng rãi. Trong những năm 1980, các nhà khoa học tại MIT từng nghĩ rằng lực phản trọng lực có thể là một lực thứ năm, và một ý tưởng khác được gọi là "quintessence" đã trở nên phổ biến vào đầu thế kỷ. Gần đây, Fermilab ở Chicago cũng nghĩ rằng họ có thể đang tiến gần đến một lực thứ năm, mặc dù kết quả cuối cùng của thí nghiệm “muon g-2” phần lớn đã xác nhận mô hình chuẩn.
Ngoài ra, còn có những nỗ lực nghiên cứu những vật thể lớn hơn ngoài nguyên tử để tìm kiếm bằng chứng về lực thứ năm. Phòng thí nghiệm Los Alamos đã công bố một nghiên cứu năm ngoái, cho rằng bằng cách phân tích kỹ lưỡng quỹ đạo của các tiểu hành tinh và tìm ra bất thường trong những quỹ đạo đó, chúng ta có thể học hỏi được một số điều về các lực hạt mà chúng ta chưa hiểu. Mục tiêu cuối cùng của nhóm nghiên cứu này, cũng như nhóm đứng sau bài báo mới này, là hiểu rõ các ranh giới nơi mà lực thứ năm có thể hiện hữu.
Hiện tại, cuộc tìm kiếm vẫn tiếp diễn, và các nhà khoa học đang tiến dần đến những câu trả lời có thể thay đổi ngành vật lý.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65081665/fifth-force-physics-discovery/
Một câu hỏi thú vị khác trong khoa học là có thể có hay không một lực cơ bản thứ năm. Có lẽ bạn đã quen thuộc với bốn lực tiêu chuẩn hiện nay gồm lực mạnh, lực yếu, lực hấp dẫn và điện từ. Tuy nhiên, một số nhà vật lý lại nghi ngờ rằng có thể có một lực thứ năm có thể liên kết giữa các neutron và electron cũng đang 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 tìm ra giới hạn trên của một hạt có thể mang lực này bằng cách quan sát tần số chuyển tiếp của năm đồng vị canxi. Các khối lượng này được ước tính khoảng từ 10 đến 10 triệu electronvolt (có, electronvolt đôi khi được dùng làm đơn vị đo khối lượng - cảm ơn định luật E=mc²). Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Để đạt 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. Chuyển tiếp nguyên tử xảy ra khi một electron, bị thu hút bởi các hạt dương trong hạt nhân, tạm thời nhảy lên một mức năng lượng cao hơn. Những chuyển tiếp này có thể khác nhau tùy thuộc vào đồng vị và bị ảnh hưởng bởi số lượng neutron trong nguyên tử.
Sau khi hoàn tất các quan sát, các tác giả đã lập bản đồ cho những biến đổi mà họ ghi nhận trên một đồ thị gọi là đồ thị King. Theo mô hình chuẩn, điều này lẽ ra phải tạo ra một đồ thị tuyến tính. Tuy nhiên, điều mà nghiên cứu đã phát hiện không phải như vậy. Nhờ độ nhạy cao của thí nghiệm, đồ thị cuối cùng không phải là tuyến tính, điều này gợi ý rằng những sai lệch mà nhóm nghiên cứu phát hiện có thể là bằng chứng cho một lực thứ năm.
Dù vậy, các tác giả cũng chỉ ra rằng điều này cũng có thể được giải thích trong khuôn khổ mô hình chuẩn. Tuy nhiên, bất kỳ điều gì gây ra những sai lệch này cũng không làm giảm khả năng của các nhà khoa học trong việc đặt ra giới hạn trên cho khối lượng của boson lực thứ năm có thể tồn tại.
Cuộc tìm kiếm lực thứ năm này là một quá trình dài, và đây là một nỗ lực khoa học khá rộng rãi. Trong những năm 1980, các nhà khoa học tại MIT từng nghĩ rằng lực phản trọng lực có thể là một lực thứ năm, và một ý tưởng khác được gọi là "quintessence" đã trở nên phổ biến vào đầu thế kỷ. Gần đây, Fermilab ở Chicago cũng nghĩ rằng họ có thể đang tiến gần đến một lực thứ năm, mặc dù kết quả cuối cùng của thí nghiệm “muon g-2” phần lớn đã xác nhận mô hình chuẩn.
Ngoài ra, còn có những nỗ lực nghiên cứu những vật thể lớn hơn ngoài nguyên tử để tìm kiếm bằng chứng về lực thứ năm. Phòng thí nghiệm Los Alamos đã công bố một nghiên cứu năm ngoái, cho rằng bằng cách phân tích kỹ lưỡng quỹ đạo của các tiểu hành tinh và tìm ra bất thường trong những quỹ đạo đó, chúng ta có thể học hỏi được một số điều về các lực hạt mà chúng ta chưa hiểu. Mục tiêu cuối cùng của nhóm nghiên cứu này, cũng như nhóm đứng sau bài báo mới này, là hiểu rõ các ranh giới nơi mà lực thứ năm có thể hiện hữu.
Hiện tại, cuộc tìm kiếm vẫn tiếp diễn, và các nhà khoa học đang tiến dần đến những câu trả lời có thể thay đổi ngành vật lý.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65081665/fifth-force-physics-discovery/
