Thí nghiệm vật lý “kỳ lạ” khám phá cấu trúc của proton

Quark là các hạt nhỏ dưới mức nguyên tử, hình thành các khối tạo nên nguyên tử. Các hạt quark lắp ráp với nhau như thế nào để thành proton và nơtron và cái gì đã gắn kết chúng với nhau hiện nay còn chưa rõ. Thí nghiệm mới này góp một phần vào việc giải đáp vấn đề.

Thí nghiệm, được gọi là Thí nghiệm G-Zero, được thực hiện tại Cơ sở Máy gia tốc Quốc gia Thomas Jefferson ở Newport News. Được thiết kế để thử nghiệm cấu trúc của proton, đặc biệt là sự đóng góp của các hạt quark kỳ lạ, thí nghiệm đã thu hút một nhóm 108 nhà khoa học của quốc tế từ 19 cơ sở khác nhau. Steve Williamson, nhà vật lý thuộc trường Đại học Illinois ở Urbana-Champain, là người điều phối thí nghiệm này.

Theo Doug Beck, Nhà Vật lý ở Illinois và là Người phát ngôn của Thí nghiệm, Thí nghiệm G-Zero đưa ra một cách nhìn bao quát hơn nhiều về cấu trúc của proton ở quy mô nhỏ. Trong khi các kết quả thí nghiệm nhất quán với gợi ý của các thí nghiệm trước đây, phát hiện mới có quy mô lớn hơn nhiều và đưa ra một bức tranh rõ hơn nhiều. Beck sẽ trình bày các kết quả thí nghiệm tại hội thảo của Cơ sở Jefferson.

Cấu phần cơ bản của Thí nghiệm G-Zero là nam châm siêu dẫn hình bánh rán đường kính 14 feet, được các nhà vật lý ở Illinois thiết kế và thử nghiệm. Để chế tạo nam châm nặng 100.000 pound này mất 3 năm. Trong thí nghiệm, một chùm nhiều electron phân cực được tán xạ từ đối tượng hydro lỏng chứa trong lõi của nam châm. Các máy dò, được lắp ráp xung quanh chu vi của nam châm, ghi lại số lượng và vị trí của các hạt phát tán. Sau đó, các nhà nghiên cứu sử dụng mô hình toán học để theo dõi đường đi của các hạt để xác định momen của chúng. Beck cho biết, có rất nhiều năng lượng trong proton. Một phần năng lượng này có thể thay đổi tới lui liên tục vào các hạt gọi là hạt quark kỳ lạ. Không giống như ba loại hạt quark (hai loại "lên" và một loại "xuống") luôn luôn tồn tại trong proton, các hạt quark kỳ lạ này có thể thoắt tồn tại và không tồn tại.

Beck cho biết, do sự tương tự về khối lượng và năng lượng, các trường năng lượng trong proton đôi khi có thể tự biểu hiện như các hạt quark "một phần thời gian" này. Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học quan sát thấy các hạt quark kỳ lạ trong trường hợp này và cũng là lần đầu tiên các nhà khoa học trắc lượng được tần suất năng lượng này thể hiện như hạt ở điều kiện bình thường.

Các kết quả này hỗ trợ các nhà khoa học hiểu rõ hơn cách thức các cấu phần nhỏ của Mô hình chuẩn lắp ghép với nhau như thế nào. Mô hình chuẩn thống nhất ba lực: điện từ trường, tương tác hạt nhân yếu và tương tác hạt nhân mạnh. Theo Beck, Thí nghiệm G-Zero giúp hiểu rõ hơn về lực tương tác mạnh - cách thức các proton và nơtron gắn kết với nhau. Tuy nhiên, còn cần nghiên cứu nhiều hơn nữa.

Nguồn: Sciencedaily; vista 28/4/2006