Hạt Higgs boson ra đời như thế nào?

Ông Higgs, chủ nhân của giải Nobel vật lý 2013 tiết lộ, ông giành giải thưởng danh giá này là nhờ công lao của một biên tập viên và một nhà sinh vật học. Trong một cuộc trò chuyện, ông đã kể lại những sự việc đã dẫn đến việc tiên đoán của ông về hạt boson. Khi ông hoàn tất bản sửa của bài báo, với lời tiên đoán về hạt mới, Higgs gửi đi xuất bản, nhưng bị từ chối nên ông đã gửi bản mới cho tạp chí vật lý Physical Review Letters, và được xuất bản vào ngày 19/10/1964. Hồi tưởng lại quá khứ, Higgs phần nào đó tỏ ra biết ơn tập san Physics Letters. Vì nhờ sự khước từ của họ mà rốt cuộc lại dẫn tới sự tiên đoán về hạt boson mới.

Ông đã cung cấp một nghiên cứu khai sáng về khoa học vận hành thế nào. Với nhiều ý tưởng hay trong khoa học, nhưng ông lại gặp khó khăn trong việc xuất bản nó.

Đó là vào mùa hè năm 1964. Các nhà vật lý học đang gắng sức tìm hiểu xem làm thế nào các hạt trong tự nhiên và các lực gắn kết chúng lại với nhau. Độ vài tháng trước, Murray Gell-Mann đã xuất bản một bài báo đề xuất các hạt mới kỳ lạ được gọi là hạt quark trong tập san vật lý Physics Letters. Ý tưởng của ông. Ý tưởng của ông bắt nguồn từ tính đối xứng trong toán học dường như rất hữu ích trong việc mô tả các đặc điểm hạt.

Peter Higgs, chủ nhân của Giải Nobel Vật lý năm 2013, ảnh chụp năm 2001.

Tính đối xứng đảm bảo những thay đổi trong quan điểm không làm đảo lộn vật lý căn bản. Bạn có thể quay một bông tuyết 60 độ nhưng nhìn bông tuyết này vẫn vậy. Các định luật vật lý vẫn giữ nguyên vẹn khi bạn đang bay trong không gian hay ngồi trên một chiếc ghế. Nhưng phép đối xứng trong phương trình vẫn cho phép sự không đối xứng trong đời sống thật. Chẳng hạn như, các hạt không nhất thiết phải có cùng một khối lượng, và các lực không nhất thiết phải bằng nhau. Một phần nào đó, phép đối xứng trong các phương trình mô tả các hạt và các lực bị phá vỡ. Một số hạt có trọng lượng vì có thứ gì đó đã phá vỡ sự đối xứng hoàn hảo của tất cả các hạt không có trọng lực.

 

Ngày nay, mọi người theo dõi một nhà vật lý trên trang mạng xã hội Twitter biết rằng từ trường Higgs, một lực không màu, không mùi luôn luôn ở cùng chúng ta, tràn ngập khắp mọi nơi trong vũ trụ, liên quan đến tính đối xứng bị phá vỡ mang tới trọng lượng cho các hạt. Higgs và một vài nhà vật lý khác đã đề xuất thuyết cơ bản này vào năm 1964. Nhưng Higgs là người đầu tiên đã đặc biệt gợi ý rằng từ trường này sẽ “phản bội” sự hiện diện của nó bởi sự tồn tại của một hạt từ gia đình boson. Tất cả là nhờ vào một nhà vật lý trẻ “lạc đường” và một biên tập viên khó tính.

 

Vào ngày 16/7 năm 1964, Higgs đã đọc một bài báo do một nhà vật lý trẻ tên là Walter Gilbert đề cập tới các tiến bộ gần đó trong toán học mô tả hiện tượng siêu dẫn (trong đó phá vỡ tính đối xứng là ý tưởng chủ chốt). Một số nhà vật lý hạt tin rằng phép toán siêu dẫn có thể hữu ích trong việc bỏ qua định luật Goldstone.

 

Gilbert lập luận rằng bạn không thể tranh luận về định lý Goldstone bằng sách sử dụng phương pháp siêu dẫn. Nhưng Higgs không cảm thấy thuyết phục.

 

“Câu trả lời sau khi đọc bài báo của Gilbert là “ồ, bạn có thể chứ””, Higgs trả lời trong một cuộc trò chuyện của ông vào năm 2001.

 

8 ngày sau khi đọc bài báo của Gilbert, Higgs gửi một bài báo ngắn của ông tới tập san Physics Letters, mô tả chướng ngại vật Goldstone có thể vượt qua được như thế nào. Bài báo được chấp thuận. Sau đó, Higgs viết một bài làm thế nào một từ trường trong vũ trụ có thể phá vỡ tính đối xứng và cung cấp các hạt hạ nguyên tử có khối lượng. Vào ngày 31/7, ông gửi bài viết này đến Physics Letters. Lần này, biên tập viến đã từ chối đăng bài viết.

 

Higgs rất không vừa lòng. Tuy nhiên, qua đó ông nhận ra rằng mình có thể tìm ra cách để bài viết trở nên hấp dẫn hơn. Ông đã sửa bài báo, thêm vào “đáng lưu tâm là một đặc tính cơ bản” của học thuyết của ông là “sự tiên đoán về sự đa bội không hoàn chỉnh của hạt boson vô hướng và vector. Ông tiên đoán về những hạt mới sắp được khám phá. Một hạt vô hướng được biết tới là hạt Higgs boson. (có thể có hơn 1 loại, đó là lý do tại sao các nhà vật lý tại Large Hadron Collider phải mất nhiều thời gian để đảm bảo họ đã tìm ra đúng loại hạt).

 

Vào thời điểm đó, không phải tất cả mọi người đều tin Higgs. “Tôi đã nhận được một lá thư từ Walter Gilbert kể cho tôi biết tại sao tôi lại sai”, Higgs nói. Nhưng chẳng bao lâu sau khi ý tưởng của Higgs đã trở nên phổ biến, thì Gilbert chuyển từ lĩnh vực vật lý sang sinh học. Đó rõ ràng là một bước chuyển sự nghiệp tốt, vì sau đó Gilbert giành giải Nobel Hoá học vào năm 1980.

 

Khi ông hoàn tất bản sửa của bài báo, với lời tiên đoán về hạt mới, Higgs gửi đi xuất bản nhưng không phải cho tập san Physics Letters nữa. Ông cảm thấy khó chịu vì lời từ chối ban đầu nên ông đã gửi bản mới cho tạp chí vật lý Physical Review Letters, và trên đó bài báo xuất bản vào ngày 19/10/1964.

 

Hồi tưởng lại quá khứ, Higgs phần nào đó tỏ ra biết ơn tập san Physics Letters. Vì nhờ sự khước từ của họ mà rốt cuộc lại dẫn tới sự tiên đoán về hạt boson mới.

LiLy (theo ScienceNews)