Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ hai, 30/06/2008 14:52 (GMT+7)

Tương lai của vật lý

Máy LHC - Máy va chạm Hadron lớn

Một tập thể mạnh các nhà khoa học trên thế giới đang chuẩn bị khởi động một thiết bị siêu hiện đại, chưa từng có trong lịch sử vật lý: Máy LHC.

Chiếc máy khổng lồ này sau 9 năm xây dựng, được hy vọng sẽ bắt đầu hoạt động vào cuối năm nay (2008). Hình 1 là sơ đồ của LHC và hình 2 là vị trí đặt LHC (gần biên giới Pháp - Thụy Sĩ). Đây là một máy gia tốc có cấu trúc hướng hai chùm hadron (hadron là các hạt nặng) va chạm nhau ở vùng năng lượng tera (TeV - tera electron-volt = 10 12eV).

Máy LHC sẽ thực hiện một cuộc cách mạng trong tương lai của vật lý. Những vấn đề mà LHC có thể giúp các nhà vật lý làm sáng tỏ sẽ được trình bày trong phần thứ ba của bài này.

Dự án máy ILC - Máy va chạm thẳng quốc tế

Ngay trước khi dự án LHC được khởi động, các nhà vật lý đã có dự án xây dựng tiếp một máy gia tốc có tên là ILC với độ dài gần 30 km, có khả năng thực hiện va chạmcủa electron và phản hạt positron ở tốc độ gần tốc độ ánh sáng. Sở dĩ người ta chọn va chạm electron - positron vì chúng là những hạt thật sự cơ bản và người ta có thể xác định chính xác năng lượngcủa chúng, do đó, xác định được chính xác các đặc trưng của những hạt mới sẽ hình thành sau va chạm. Mục đích của máy ILC là giúp các nhà vật lý nghiên cứu tiếp những kết quả khám phá được nhờLHC.

Hơn 1.600 nhà khoa học từ hơn 300 phòng thí nghiệm và trường đại học trên thế giới đã cùng hợp tác thiết kế máy ILC. Chi phí cho ILC lên đến 6,7 tỷ USD. Ba địa điểm được chọn để xem xét là: CERN (Geneve), Phòng thí nghiệm quốc gia Fermi ( Batavia ) và một địa điểm ở Nhật Bản.

Những cuộc cách mạng tiếp theo trong vật lý các hạt cơ bản

Những vấn đề lớn mà các nhà vật lý kỳ vọng có được câu trả lời nhờ máy gia tốc LHC gồm:

Kiểm tra mẫu chuẩn:Như chúng ta biết, mẫu chuẩn (Standard Model) là mẫu hợp nhất cáctương tác điện từ yếu và mạnh. Mẫu chuẩn sẽ càng được làm sáng tỏ nếu được thử nghiệm ở những vùng năng lượng cao hơn vùng năng lượng hiện có. Mặc dù mẫu chuẩn đã đem lại nhiều kết quả được kiểmchứng trong hiện tại, song còn nhiều vấn đề liên quan cần phải nghiên cứu tiếp theo.

Không kể máy LHC sẽ phát hiện ra những hiện tượng gì, nhưng LHC nhất định sẽ đưa vật lý vào một kỷ nguyên mới.

Điều gì đã phá vỡ đối xứng điện yếu:Tương tác yếu trong phân rã bêta chỉ tác động lên các hạt trái (left-handed) 1. Thật là một điều kỳ lạ. Đối xứng giữa các hạt trái xác định lý thuyết điện yếu (electroweak).

Một yếu tố quan trọng trong lý thuyết điện yếu là sự phá vỡ đối xứng và cần thiết phải có hạt Higgs (đặt theo tên của nhà vật lý Peter Higgs, người đã đưa hạt này vào vật lý năm 1960) để tạo ra khối lượng cho các hạt. Như vậy, một số hạt thu được khối lượng thông qua tương tác với hạt Higgs thay vì sở hữu khối lượng một cách nội tại, người ta xem hạt Higgs như chiếm đầy không gian và tương tác với các hạt khác (hình 4). Lý thuyết điện yếu chưa tính được khối lượng của hạt Higgs 2. Nhiều bài toán trong vật lý các hạt cơ bản và vũ trụ học gắn liền với câu hỏi lý thuyết điện yếu đã bị phá vỡ đối xứng như thế nào?

Khi được hỏi xây dựng LHC để làm gì? Các nhà vật lý thường đưa ra câu trả lời: Tìm hạt Higgs, song thực tế ở đây, vấn đề rộng hơn nhiều. Những khám phá do LHC đem lại sẽ thay đổi bộ mặt của vật lý đương đại và có tác động đến các khoa học khác (như vũ trụ học) trong tương lai.

Vật chất tối:Sự truy tìm hạt Higgs đúng là bài toán bản lề. Nhưng sau bài toán này hàmẩn nhiều bài toán khác như: Vì sao lực hấp dẫn lại yếu hơn các lực khác nhiều đến thế? Vật chất tối là gì 3? Đâu là bản chất của không - thời gian? Phải chăng vật chất tối là một loại hạtmới? Nếu loại hạt này tương tác với cường độ của tương tác yếu thì Bigbang đã sản sinh ra chúng với số lượng lớn, và điều đáng chú ý là, những vấn đề ấy lại liên quan với nhau và với vấn đề hạtHiggs. Máy LHC sẽ giúp các nhà vật lý tìm hiểu những vấn đề này.

Liệu có tồn tại những lực mới:Theo tính toán của Benjamin W. Lee, Harry B. Thacker và Chris Quigg, tồn tại một ngưỡng trị số cho khối lượng của hạt Higgs: Nếu khối lượng đó nhỏ hơn 1 TeV thì tương tác yếu vẫn yếu ở vùng năng lượng cao, ngược lại thì tương tác yếu sẽ mạnh lên. Ngưỡng năng lượng này chứng tỏ rằng, ngoài khả năng về sự tồn tại hạt Higgs còn một khả năng khác về một hiện tượng vật lý mới, đây là điều mà LHC sẽ giúp trả lời.

Hệ thứ bậc về khối lượng:Chú ý rằng, ở vùng năng lượng cao (10 15GeV) khimà tương tác mạnh và điện yếu hợp nhất thì các hạt ngược lại có thể làm tăng khối lượng của hạt Higgs. Vậy, vì sao hạt Higgs có khối lượng nhỏ hơn 1 TeV? Đây là bài toán hệ thứ bậc (hierarchy) khốilượng. Có thể siêu đối xứng cho ta câu trả lời, vì theo siêu đối xứng, mỗi hạt đi đôi với hạt siêu đối xứng, và chính hạt siêu đối xứng này triệt tiêu hệ quả tăng khối lượng của hạt Higgs. Người tacũng hy vọng LHC sẽ làm sáng tỏ vấn đề này. Hình 5 cho thấy khối lượng hạt Higgs được dự đoán cùng cỡ với khối lượng hạt quark đỉnh 4và nằm dưới giới hạn năng lượng tạo ra bởi máyLHC.

Một vấn đề khác là liệu hạt Higgs có phải là hạt cơ bản hay không? Hay hạt Higgs cũng được cấu tạo bởi những hạt khác cơ bản hơn (lý thuyết technicolor - đa sắc). Người ta hy vọng LHC cũng sẽ tìm ra những hạt cơ bản mới này.

Các chiều dư của không - thời gian (Extra dimension):Một vấn đề lý thú khác, đó là sự tồn tại những chiều dư của không - thời gian. Theo lý thuyết siêu dây thì ngoài không - thời gian 4 chiều còn tồn tại 6 đến 7 chiều nữa gọi là chiều dư. Không gian các chiều dư có thể có nhiều dạng (nhiều tôpô): Hình cầu, hình xuyến, hai hình xuyến giao nhau tạo nên những tay quai (handles)... (hình 6).

Những chiều dư này sẽ làm thay đổi cường độ các lực và cũng có thể tích hợp chúng với nhau. Nếu có các chiều dư thì sự tích hợp này có thể xảy ra ở năng lượng vàiTeV (thay vì ở vùng năng lượng cao hơn nếu các chiều dư không - thời gian không tồn tại).

Kết luận

Tiến vào vùng năng lượng TeV có nghĩa là bước vào một thế giới vật lý thực nghiệm mới trong tương lai. Máy gia tốc LHC sẽ giúp làm sáng tỏ nhiều vấn đề cơ bản của vật lý: Mẫu chuẩn và sự phá vỡ đối xứng của nó, hạt Higgs, vật chất tối, các lực mới, hệ thứ bậc khối lượng, các chiều dư của không - thời gian.

Một thế giới mới đang chờ chúng ta với máy gia tốc khổng lồ LHC!

_________

Chú thích:

1Hạt trái là những hạt có spin luôn hướng ngược với chiều chuyển động.

2Đã 40 năm trôi qua kể từ ngày bài báo của Peter Higgs được công bố, hạt boson Higgs - một hạt giả tưởng tối cần thiết, không thể thiếu được cho vật lý hiện đại - vẫn còn là một hạt bí hiểm!

3Vũ trụ có 4 thành phần: Năng lượng tối (dark energy) gây lực đẩy; vật chất tối (dark matter) gây lực hút; các sao, các thiên hà và cuối cùng là các bức xạ. Vật chất tối có thể là một loại vật chất mà chúng ta chưa hề biết đến. Nhiều nhóm các nhà vật lý đã được thành lập để tìm kiếm, phát hiện vật chất tối như: Nhóm CDMS (Cryogenic Dark Matter) của Đại học Stanford (California, Mỹ); nhóm DAMA (Dark Matter Experiment) của Trung Quốc - Ý và nhiều nhóm khác với những thiết bị hiện đại thường được đặt sâu dưới lòng đất để loại bỏ phông nhiễu loạn ngoại lai. 70 năm đã trôi qua mà bài toán vật chất tối - một trong những bài toán cơ bản của vật lý - vẫn chưa có lời giải!

4Có 6 loại quark: Up, down, strange, charm, bottom/beauty và top, dịch ra tiếng việt là: Trên, dưới, lạ, duyên, đáy/đẹp và đỉnh. Những hạt quark này cấu tạo nên các hadron (hạt nặng). Hiện nay, người ta đang chú ý nhiều đến hạt quark đỉnh. Hạt quark này được phát hiện lần đầu tiên vào những năm 80 trên máy Tevatron của Phòng thí nghiệm Fermilab, một phòng thí nghiệm năng lượng cao ở gần Chicago . Khối lượng của hạt Higgs liên quan nhiều đến khối lượng các hạt boson “W”, “Z“ và quark đỉnh (top quark).

Nguồn: T/c Hoạt động khoa học, 5/2008

Xem Thêm

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược
Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức
Sáng ngày 28/7, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã phối hợp với Viện Khoa học và Quản lý kinh tế (IESEM) tổ chức hội thảo "Thực trạng và giải pháp thúc đẩy khởi nghiệp đổi mới sáng tạo gắn với tự tự tạo việc làm cho thanh niên trí thức trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0".
Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.

Tin mới

VUSTA xây dựng đề án vị trí việc làm giai đoạn 2027–2031
Là hội quần chúng được Đảng và Nhà nước giao nhiệm vụ ở Trung ương, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đang tập trung triển khai việc rà soát vị trí việc làm (VTVL), xây dựng phương án biên chế giai đoạn 2027–2031, nhằm hoàn thiện tổ chức bộ máy và nâng cao hiệu quả tập hợp đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ (KH&CN).
Tập huấn sử dụng hệ thống thông tin điều hành tác nghiệp Mặt trận Tổ quốc Việt Nam
Ngày 5/11, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) tổ chức Hội nghị Hướng dẫn sử dụng phần mềm trong quản lý và điều hành tác nghiệp văn bản đi và đến. Hội thảo nhằm nâng cao kỹ năng sử dụng, khai thác hiệu quả các chức năng của hệ thống số hóa, góp phần tích cực vào quá trình chuyển đổi số toàn diện trong công tác quản lý, điều hành và xử lý văn bản nghiệp vụ tại Cơ quan VUSTA.
Lào Cai: 52 đề tài xuất sắc sẽ được trao giải Cuộc thi lần thứ 21
Chiều 3/11, Ông Giàng Quốc Hưng - Ủy viên Ban Thường vụ Tỉnh ủy, Phó Chủ tịch UBND tỉnh, Chủ tịch Liên hiệp Hội tỉnh, Trưởng Ban Tổ chức Hội thi Sáng tạo kỹ thuật (Hội thi) và Cuộc thi Sáng tạo thanh, thiếu niên, nhi đồng tỉnh (Cuộc thi), chủ trì cuộc họp thống nhất công tác chuẩn bị tổng kết, trao giải Cuộc thi lần thứ 21 và phát động Cuộc thi lần thứ 22.
Cải cách hành chính và chuyển đổi số ở cơ sở cần thực chất hơn
Năm 2026, khi mô hình chính quyền địa phương hai cấp đi vào vận hành, cải cách hành chính và chuyển đổi số đặt ra yêu cầu cao với chính quyền cơ sở. Qua khảo sát tại phường Tuy Hòa, Cư Bao, xã Sơn Hòa, Sông Hinh, Ea Na và Yang Mao, Hội đồng tư vấn Dân chủ – Pháp luật thuộc Ủy ban MTTQ Việt Nam tỉnh Đắk Lắk ghi nhận nỗ lực của địa phương và những vấn đề cần tháo gỡ để nâng cao chất lượng phục vụ.
Tôn vinh tinh hoa đạo học, tiếp nối mạch nguồn hiền tài dân tộc
Từ ngày 5 - 15/11, thành phố Hà Nội tổ chức chuỗi hoạt động kỷ niệm 950 năm thành lập Quốc Tử Giám (1076–2026), với nhiều chương trình văn hóa, nghệ thuật, triển lãm, trải nghiệm di sản và hội thảo khoa học. Đây là dịp tôn vinh những giá trị bền vững của nền Quốc học Việt Nam, khơi dậy truyền thống hiếu học, tôn sư trọng đạo và tinh thần trọng dụng hiền tài.
Đắk Lắk: Phản biện hồ sơ Dự án nhà máy điện gió, điện mặt trời
Sáng 29/10, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh đã tổ chức Hội đồng góp ý, phản biện xã hội và phản biện khoa học đối với hồ sơ đề nghị chấp thuận chủ trương đầu tư Dự án Nhà máy điện gió E&M Đắk Lắk tại xã Ea Knốp và xã Cư Prao; Dự án Nhà máy điện mặt trời Jang Pông 2 tại xã Ea Wer.
Góp ý Luật luật An toàn, vệ sinh lao động: Lấy bảo vệ con người và quản trị rủi ro làm trung tâm
Ngày 30/10/2026, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp Hội Khoa học Kỹ thuật An toàn Vệ sinh Lao động Việt Nam (VOSHA) tổ chức Hội thảo "Góp ý dự thảo Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật An toàn, vệ sinh lao động". Hội thảo do PGS.TS Phạm Ngọc Linh, Phó Chủ tịch VUSTA và GS.TS Lê Vân Trình, Chủ tịch VOSHA đồng chủ trì.
VUSTA công bố các quyết định điều động, bổ nhiệm cán bộ chủ chốt
Ngày 30/10/2026, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) đã trang trọng tổ chức Hội nghị công bố các quyết định quan trọng về công tác cán bộ. Lãnh đạo VUSTA đã trao quyết định nghỉ hưu hưởng chế độ cho 02 cán bộ, chuyên viên, đồng thời trao các quyết định điều động, bổ nhiệm cán bộ chủ chốt nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển trong giai đoạn mới.
Liên hiệp Hội Việt Nam hưởng ứng tháng “Vì người nghèo”
Sáng 27/10, tại Hội trường xã Quốc Oai, Khối thi đua các tổ chức thuộc lĩnh vực Khoa học - Kinh tế - Pháp luật - Giáo dục - Đối ngoại thuộc Ủy ban Trung ương Mặt trận Tổ quốc Việt Nam phối hợp với Ủy ban MTTQ Việt Nam thành phố Hà Nội, Hội Luật gia thành phố Hà Nội và xã Quốc Oai tổ chức Hội nghị “Nghe dân nói, nói dân nghe” và thực hiện Tháng cao điểm vì người nghèo 2026.