Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 18 . Boson Higgs

Hiểu vật lý trong 60 giây - Bài 18 .  Boson Higgs 

Lời nói đầu .


Tạp chí Symmetry trình bày rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong Vật lý hiện đại với những ý tưởng , bài viết , công trình lý thuyết lẫn thực nghiệm của tập thể các nhà khoa học hàng đầu hiện nay trên thế giới . Chuyên mục " Hiểu biết Vật lý trong 60 giây " tổng hợp một số bài viết ngắn gọn , súc tích và đầy tính đột phá trong việc giải thích các cơ chế vật lý nhằm giúp người đọc dễ dàng tiếp cận những thông tin mới mẻ . Tác giả của những bài viết này hiện đang công tác tại các Trung tâm nghiên cứu , Viện Khoa học và các trường Đại học danh tiếng nên nguồn thông tin luôn được cập nhật thường xuyên .
 Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 05/05/2014.




 ------------------------------------------------------------------------------------------- 

  Boson Higgs 

Minh họa: Sandbox Studio


Boson Higgs , một hạt cơ bản được dự đoán bởi lý thuyết gia Peter Higgs, có thể là chìa khóa để hiểu lý do tại sao các hạt cơ bản có khối lượng. Để giải thích cho sự liên kết này, gợi cho chúng ta nhớ đến lời giải của câu đố vui , "Nếu âm thanh không thể truyền đi trong chân không, tại sao máy hút bụi chân không lại rất ồn ào?" Câu đố này thực sự đụng chạm đến sự hiểu biết sâu sắc của vật lý hiện đại : chân không hoặc không gian trống rỗng là khác xa sự trống rỗng về thực chất  . Chân không thực sự là rất "ồn ào" đồng thời chứa đầy các hạt ảo và trường lực. Nguồn gốc của khối lượng vật chất dường như có liên quan đến hiện tượng này.

Trong thuyết tương đối của Einstein, có một sự khác biệt quan trọng giữa các hạt không có khối lượng và các hạt nặng : Tất cả các hạt không có khối lượng phải chuyển động với tốc độ của ánh sáng, trong khi các hạt nặng không bao giờ có thể đạt được tốc độ cuối cùng này. Nhưng, làm thế nào để các hạt nặng có thể phát sinh? Higgs đề xuất rằng chân không chứa một trường ở khắp mọi nơi có thể làm chậm một số hạt cơ bản (nếu không có khối lượng) - giống như một thùng mật đường làm chậm lại chuyển động của một viên đạn tốc độ cao. Những hạt như vậy sẽ hành xử giống như các hạt lớn có chuyển động nhỏ hơn tốc độ ánh sáng. Những hạt khác , chẳng hạn như các photon  ánh sáng có thể miễn nhiễm với trường này: chúng không chậm đi và vẫn không có khối lượng.


Mặc dù trường Higgs vẫn chưa được đo lường trực tiếp , nhưng các máy gia tốc có thể kích thích trường này và sẽ " phát hiện " ra các hạt được gọi là  boson Higgs . Cho đến nay, các thí nghiệm sử dụng các máy gia tốc mạnh nhất trên thế giới đã không quan sát thấy bất kỳ boson Higgs nào , nhưng bằng chứng thực nghiệm gián tiếp cho thấy rằng các nhà vật lý hạt đang sẵn sàng cho một khám phá sâu sắc khác .



* Vài thông tin về Higgs Boson - (ký hiệu $H^0$) Theo mô hình chuẩn, không gian bao gồm trường Higgs , với một giá trị khác không ở tất cả các không gian. Có hai thành phần trung tính và hai thành phần điện tích trong trường này. Một trong hai thành phần trung tính và cả hai thành phần điện tích kết hợp để tạo ra các boson W và Z, là nguyên nhân tạo ra lực yếu, một trong những lực cơ bản của vật lý .
Thành phần điện tích trung hòa còn lại tạo ra hạt Higgs boson vô hướng, trong đó không có cả điện tích lẫn spin (vì vậy sinh ra nó theo thống kê Bose-Einstein , và làm cho nó thành một boson ). Điều này là rất quan trọng trong việc sử dụng các mô hình chuẩn để giải thích từ đâu có khối lượng của boson W và Z .

Thuộc tính cơ bản của Higgs  Boson :
Phát hiện tại  Large Hadron Collider (2011-2013)
Khối lượng 125.09±0.21 (stat.)±0.11 (syst.) $GeV/c^2$ (CMS+ATLAS)
Thời gian tồn tại trung bình $1.56×10^{−22}$ s (dự báo)
Phân rã thành
cặp quark đáy - phản quark đáy (dự báo)
2  W bosons (quan sát)
2  gluons (dự báo)
cặp tau-antitau  (quan sát)
2  Z-bosons (quan sát)
2  photons (quan sát)

Một số phân rã khác (dự báo)
Điện tích 0
Sắc tích 0
Spin 0 (xác định ở cấp độ 125 GeV)
Parity +1 (xác định ở cấp độ 125 GeV)



 *Quy trình sản xuất hạt Higgs bằng hình ảnh .

 Tiến sĩ vật lý Brian Cox giải thích sự nghiên cứu về vật lý hạt và việc tìm kiếm hạt Higgs boson chi tiết qua videoclip sau đây :

Việc xây dựng các máy dò ATLAS tại LHC. ATLAS là một trong những máy dò liên quan đến việc săn lùng hạt Higgs. Credit: Martial Trezzini/epa/Corbis . Nguồn : http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2012/06/the-higgs-boson-explained/


Công việc chính xác được thực hiện trên thùng theo dõi bán dẫn của trung tâm thực nghiệm ATLAS, ngày 11 tháng 11 năm 2005. Tất cả các công việc trên các thành phần tinh tế này phải được thực hiện trong một căn phòng sạch sẽ để các tạp chất trong không khí, như bụi, không gây ô nhiễm máy phát hiện . Bộ phận theo dõi bán dẫn sẽ được gắn trong thùng gần trung tâm thực nghiệm ATLAS để phát hiện đường đi của các hạt sản xuất trong va chạm proton-proton. (Maximilien Brice / © 2012 CERN) # . Nguồn http://www.theatlantic.com/infocus/2012/07/the-fantastic-machine-that-found-the-higgs-boson/100333/


Nhà vật lý Peter Higgs, người được đặt tên cho boson Higgs , thăm trung tâm thực nghiệm ATLAS vào tháng Tư năm 2008. Higgs là một trong những người  ban đầu  đề xuất  cơ chế dự đoán một boson như vậy trong năm 1964. (Claudia Marcelloni / © 2012 CERN) # . Nguồn http://www.theatlantic.com/infocus/2012/07/the-fantastic-machine-that-found-the-higgs-boson/100333/

Một sự kiện đề cử điển hình bao gồm hai photon năng lượng cao có năng lượng (mô tả bởi các đường màu vàng đứt khúc và các tháp màu đỏ) được đo bằng nhiệt lượng kế điện từ tại CMS. Các đường màu vàng là các dấu vết đo được từ các hạt khác được sản xuất trong vụ va chạm.




Theo  Howard E. Haber

 +++++++++++++++++++++++++++

Nguồn :
1. http://www.symmetrymagazine.org/article/junejuly-2006/explain-it-in-60-seconds
2. http://physics.about.com/od/glossary/g/HiggsBoson.htm
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson
4. http://www.quantumdiaries.org/2011/03/25/an-idiosyncratic-introduction-to-the-higgs/
5. http://www.exploratorium.edu/origins/cern/ideas/cartoon.html



Trần hồng Cơ
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 25/02/2015 .




-------------------------------------------------------------------------------------------

 Người có học biết mình ngu dốt. The learned man knows that he is ignorant.

 Victor Hugo.