Giải Nobel Vật lý 2013

Ngày 8/10/2013 Hàn lâm viện Khoa học Hoàng gia Thụy điển đã thông báo giải Nobel Vật lý 2013 được trao cho hai nhà khoa học sau đây (từ trái sang phải): François Englert (Đại học Libre de Bruxelles, Brussels, Bỉ) và Peter W. Higgs (Đại học Edinburgh, Anh) vì sự phát hiện ra lý thuyết của cơ chế giúp chúng ta hiểu nguồn gốc khối lượng của những hạt hạ nguyên tử (subatomic), lý thuyết này đã được kiểm nghiệm nhờ tìm ra hạt cơ bản  tiên đoán trong lý thuyết trên các thí nghiệm ATLAS và CMS tại LHC (Large hadron Collider) tại CERN.

Số tiền thưởng 1 triệu 300 ngàn Mỹ Kim được chia đôi cho hai nhà khoa học.

Thống nhất các tương tác

Thống nhất các  tương tác là vấn đề trung tâm của vật lý hiện đại. Những nhà vật lý kiệt xuất nhất đã tham gia vào công cuộc thống nhất này: Newton thống nhất lý thuyết chuyển động các thiên thể và chuyển động các vật thể trên mặt đất thành lý thuyết hấp dẫn cổ điển, sau đó Einstein sáng tạo lý thuyết tượng đối tổng quát mô tả hấp dẫn tương đối tính, Maxwell thống nhất từ học và điện học thành lý thuyết điện từ, Abdus Salam, Sheldon Glashow và Steven Weinberg (giải Nobel năm 1979)  thống nhất lý thuyết điện từ với tương tác yếu thành lý thuyết điện yếu.
Sau đó lý thuyết GUT (Grand Unification theory-Lý thuyết thống nhất lớn) ra đời để thống nhất ba tương tác điện từ, yếu và mạnh (hai tương tác sau là tương tác hạt nhân). Khó khăn lớn nhất mà các nhà vật lý đối diện hiện nay là thống nhất 3 tương tác trên với hấp dẫn.

Lý thuyết về hạt Higgs nằm trong sơ đồ các lý thuyết thống nhất của Nambu

Cơ chế Higgs là cơ chế tạo khối lượng cho các hạt. Cơ chế này nằm trong khuôn khổ các hiện tượng được phát hiện trước đây bởi Yoichiro Nambu (hình 1) liên quan đến cấu trúc  chân không  của trường lượng tử trong siêu dẫn.

Thế nào là trường chuẩn ( gauge field)

Khi chúng ta biến nhóm đối xứng G thành nhóm đối xứng định xứ (local) G(x) tức là nhóm phụ thuộc vào từng điểm x của không gian thì  lý thuyết chỉ  bất biến đối với nhóm G (x) nếu ta đưa vào lý thuyết các trường chuẩn A,  trường chuẩn A sẽ đóng vai trò các hạt truyền tương tác, vai trò liên thông (connection) giữa các điểm: ví dụ điện từ trường, trường Yang-Mills, trường hấp dẫn (hệ số Ricci).

Sơ đồ Nambu

Xét một  lý thuyết bất biến đối với nhóm G . Các hạt  ban đầu đều có khối lượng = 0. Để thực hiện phá vỡ đối xứng tự phát ta đưa vào lý thuyết  n trường HIGGS ghi là  H và  chọn trị số của trường Higgs sao cho chân không không còn đối xứng G nữa mà chỉ còn lại đối xứng G’ thấp hơn đối xứng G và trong số n hạt Higgs sẽ  có một số hạt biến thành hạt Goldstone không có khối lượng .

Để biến lý thuyết thành lý thuyết định xứ (local), ta phải đưa vào lý thuyết  các  trưòng chuẩn A. Số hạt Goldstone nói trên sẽ biến thành phần dọc của một số trường chuẩn A,  số trường chuẩn A này vốn không có khối lượng nay lại có khối lượng,  như vậy chúng ta còn lại  một số   hạt Higgs  không bị các trường chuẩn nuốt mất, đó là các hạt  Higgs thực (real)  còn các  hạt Higgs đã bị các trường gauge nuốt mất gọi là các hạt  Higgs ma (ghost).

Sơ đồ trên là cơ sở của các lý thuyết thống nhất  như lý thuyết thống nhất điện yếu (mô hình chuẩn – standard model) mà chúng ta sẽ nói đến sau đây. Những công trình của Yoichiro Nambu mang một ý nghĩa  lớn đối với vật lý học hiện đại. Nhiều người cho rằng Yoichiro Nambu là một trong những bộ óc sâu sắc đầy sáng tạo của thời đại chúng ta…

>> Xem tiếp

(Nguồn: Tia sáng, 11/10/2013)
 

image