Mô hình chuẩn của vật lý hạt là một thành tựu khoa học đáng kể đã kéo dài gần một thế kỷ, và sức mạnh dự đoán của nó đã chứng tỏ rất nhất quán. Tuy nhiên, bất kỳ mô hình khoa học nào cũng cần phải chịu sự kiểm tra thực nghiệm, và một trong những nơi mà các thử nghiệm này được thực hiện là Fermilab.
Bắt đầu từ năm 2017, một nhóm hợp tác quốc tế các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu từ vòng từ trường có đường kính 15 mét tại Fermilab để đo lường sự lắc lư của một hạt cơ bản được gọi là muon, trong một thí nghiệm mang tên “muon g-2”. Muons nặng hơn hơn 200 lần so với electron và chỉ tồn tại trong vài micro giây, nhưng chúng có sự quay mà khiến chúng hành xử như những nam châm nhỏ. Sự lắc lư này, hay còn gọi là sự tiến hóa, do một trường từ bên ngoài gây ra và được gọi là g-factor. Một thế kỷ trước, yếu tố này được tìm thấy có giá trị là 2 (do đó mới có tên gọi “thí nghiệm muon g-2”). Tuy nhiên, sự xuất hiện của lý thuyết trường lượng tử đã làm phức tạp con số này khi đưa vào các tương tác của trường mạnh, yếu và Higgs. Sự lệch nhẹ khỏi dự đoán “2” này được biết đến như là mômen từ dị thường của muon.
Để hiểu rõ hơn về sự bất thường này, Fermilab đã liên tục công bố kết quả từ các đợt thí nghiệm kéo dài từ 2017 đến 2023. Vào ngày 3 tháng 6 năm 2025, thí nghiệm muon g-2 cuối cùng đã công bố kết quả đầy đủ, với độ chính xác khoảng 127 phần tỷ—đây là phép đo nhạy cảm và chính xác nhất về sự bất thường từ tính của muon cho đến nay. Kết quả của nghiên cứu đã được gửi tới tạp chí Physical Review D.
“Mômen từ dị thường, hay g–2, của muon quan trọng vì nó cung cấp một bài kiểm tra nhạy cảm đối với Mô hình chuẩn của vật lý hạt,” Regina Rameika, Phó Giám đốc Văn phòng Vật lý Năng lượng Cao của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Đây là một kết quả thú vị và thật tuyệt khi thấy một thí nghiệm kết thúc với một phép đo chính xác”.
Hiểu được phép đo chính xác này của muon g-2 có thể giúp các nhà khoa học khám phá ra vật lý mới, vì bất kỳ sự lệch nào giữa các kết quả thực nghiệm và dự đoán lý thuyết sử dụng Mô hình chuẩn có thể chỉ ra những điều chưa biết trong hiểu biết của chúng ta về thế giới hạt vi mô. Trong khi các nhà vật lý thực nghiệm đang làm việc để hoàn thiện các phương pháp đo lường sự dị thường từ tính, các nhà vật lý lý thuyết—đặc biệt là những người tham gia Sáng kiến Lý thuyết Muon, tổ chức đã công bố cập nhật của riêng mình vào cuối tháng 5—đã phần lớn tự phân chia thành hai “trại” khi tính toán dự đoán lý thuyết này, theo Ethan Siegel tại Big Think. Một nhóm tiếp cận dựa trên dữ liệu về phân cực chân không Hadronic, trong khi nhóm còn lại sử dụng kỹ thuật số lưới trong động lực học lượng tử (QCD).
Vào năm 2021, có vẻ như các kết quả ban đầu của Fermilab gần tương đồng hơn với các tính toán QCD lưới, làm giảm bớt (nhưng không loại bỏ) khả năng về vật lý mới liên quan đến muon. Bây giờ, với tính toán mới trong tay, các nhà khoa học có thể tiến bước với sự tự tin mới trong một kết quả thực nghiệm đã trở thành một bài kiểm tra phổ biến của Mô hình chuẩn của Vật lý trong suốt một thế kỷ.
“Như đã thấy trong nhiều thập kỷ qua, mômen từ của muon tiếp tục là một tiêu chuẩn nghiêm ngặt cho Mô hình chuẩn,” Simon Corrodi, nhà vật lý trợ lý tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và là điều phối viên phân tích, cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Kết quả thí nghiệm mới này đem đến ánh sáng mới cho lý thuyết cơ bản này và sẽ thiết lập tiêu chuẩn cho bất kỳ tính toán lý thuyết mới nào sẽ đến”.
Đây không phải là điểm kết thúc trong việc đo lường sự bất thường từ tính của muon—Complex Nghiên cứu Proton Nhật Bản dự kiến sẽ thực hiện các phép đo g-2 của riêng mình vào những năm 2030 (mặc dù Fermilab cho biết rằng độ chính xác ban đầu của họ sẽ yếu hơn so với các kết quả mới nhất của họ).
Hôm nay, kết quả g-2 của muon là một minh chứng cho sự nỗ lực kỹ thuật và nghiên cứu đa ngành đáng kinh ngạc nhằm khám phá thêm một chút về vũ trụ huyền bí của chúng ta.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a64970057/muon-g-2/
Bắt đầu từ năm 2017, một nhóm hợp tác quốc tế các nhà khoa học đã sử dụng dữ liệu từ vòng từ trường có đường kính 15 mét tại Fermilab để đo lường sự lắc lư của một hạt cơ bản được gọi là muon, trong một thí nghiệm mang tên “muon g-2”. Muons nặng hơn hơn 200 lần so với electron và chỉ tồn tại trong vài micro giây, nhưng chúng có sự quay mà khiến chúng hành xử như những nam châm nhỏ. Sự lắc lư này, hay còn gọi là sự tiến hóa, do một trường từ bên ngoài gây ra và được gọi là g-factor. Một thế kỷ trước, yếu tố này được tìm thấy có giá trị là 2 (do đó mới có tên gọi “thí nghiệm muon g-2”). Tuy nhiên, sự xuất hiện của lý thuyết trường lượng tử đã làm phức tạp con số này khi đưa vào các tương tác của trường mạnh, yếu và Higgs. Sự lệch nhẹ khỏi dự đoán “2” này được biết đến như là mômen từ dị thường của muon.
Để hiểu rõ hơn về sự bất thường này, Fermilab đã liên tục công bố kết quả từ các đợt thí nghiệm kéo dài từ 2017 đến 2023. Vào ngày 3 tháng 6 năm 2025, thí nghiệm muon g-2 cuối cùng đã công bố kết quả đầy đủ, với độ chính xác khoảng 127 phần tỷ—đây là phép đo nhạy cảm và chính xác nhất về sự bất thường từ tính của muon cho đến nay. Kết quả của nghiên cứu đã được gửi tới tạp chí Physical Review D.
“Mômen từ dị thường, hay g–2, của muon quan trọng vì nó cung cấp một bài kiểm tra nhạy cảm đối với Mô hình chuẩn của vật lý hạt,” Regina Rameika, Phó Giám đốc Văn phòng Vật lý Năng lượng Cao của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Đây là một kết quả thú vị và thật tuyệt khi thấy một thí nghiệm kết thúc với một phép đo chính xác”.
Hiểu được phép đo chính xác này của muon g-2 có thể giúp các nhà khoa học khám phá ra vật lý mới, vì bất kỳ sự lệch nào giữa các kết quả thực nghiệm và dự đoán lý thuyết sử dụng Mô hình chuẩn có thể chỉ ra những điều chưa biết trong hiểu biết của chúng ta về thế giới hạt vi mô. Trong khi các nhà vật lý thực nghiệm đang làm việc để hoàn thiện các phương pháp đo lường sự dị thường từ tính, các nhà vật lý lý thuyết—đặc biệt là những người tham gia Sáng kiến Lý thuyết Muon, tổ chức đã công bố cập nhật của riêng mình vào cuối tháng 5—đã phần lớn tự phân chia thành hai “trại” khi tính toán dự đoán lý thuyết này, theo Ethan Siegel tại Big Think. Một nhóm tiếp cận dựa trên dữ liệu về phân cực chân không Hadronic, trong khi nhóm còn lại sử dụng kỹ thuật số lưới trong động lực học lượng tử (QCD).
Vào năm 2021, có vẻ như các kết quả ban đầu của Fermilab gần tương đồng hơn với các tính toán QCD lưới, làm giảm bớt (nhưng không loại bỏ) khả năng về vật lý mới liên quan đến muon. Bây giờ, với tính toán mới trong tay, các nhà khoa học có thể tiến bước với sự tự tin mới trong một kết quả thực nghiệm đã trở thành một bài kiểm tra phổ biến của Mô hình chuẩn của Vật lý trong suốt một thế kỷ.
“Như đã thấy trong nhiều thập kỷ qua, mômen từ của muon tiếp tục là một tiêu chuẩn nghiêm ngặt cho Mô hình chuẩn,” Simon Corrodi, nhà vật lý trợ lý tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và là điều phối viên phân tích, cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Kết quả thí nghiệm mới này đem đến ánh sáng mới cho lý thuyết cơ bản này và sẽ thiết lập tiêu chuẩn cho bất kỳ tính toán lý thuyết mới nào sẽ đến”.
Đây không phải là điểm kết thúc trong việc đo lường sự bất thường từ tính của muon—Complex Nghiên cứu Proton Nhật Bản dự kiến sẽ thực hiện các phép đo g-2 của riêng mình vào những năm 2030 (mặc dù Fermilab cho biết rằng độ chính xác ban đầu của họ sẽ yếu hơn so với các kết quả mới nhất của họ).
Hôm nay, kết quả g-2 của muon là một minh chứng cho sự nỗ lực kỹ thuật và nghiên cứu đa ngành đáng kinh ngạc nhằm khám phá thêm một chút về vũ trụ huyền bí của chúng ta.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a64970057/muon-g-2/
