Giải Nobel Vật Lý 2013

Kiều Tiến Dũng

Cái gì phải tới đã tới! Sau 50 năm chờ đợi, giải Nobel Vật Lý năm nay 2013 đã được trao cho hai nhà Vật Lý Lý Thuyết là Gs người Bỉ Francois Englert và Gs người Anh Peter Higgs.

Đây cũng là điều rất vui mừng cho cá nhân tôi vì Gs Peter Higgs cũng là vị thầy của tôi khi tôi trình luận án tiến sĩ ở Vương Quốc Anh.

**

Trong thông cáo báo chí đưa ra ngày hôm qua, Thứ Ba 8/10/2013 Hàn Lâm Viện Khoa Học Hoàng Gia Thụy Điển tuyên bố hai Gs Englert và Higgs đây đã được giải Vật Lý, với số tiền thưởng 1 triệu 300 ngàn Mỹ Kim,

“cho những khám phá lý thuyết về một cơ chế góp phần cho sự hiểu biết về nguồn gốc của khối lượng của các hạt cơ bản, và cơ chế này đã được kiểm chứng qua việc khám phá một hạt cơ bản đã được tiên đoán trước đây do công hai đội thí nghiệm làm việc với máy gia tốc Large Hadron Collider tại CERN, Trung Tâm Nghiên Cứu Hạt Nhân Âu Châu”

Hạt cơ bản đã được khám phá này đã được tiên đoán từ 50 năm trước đây, do sáu nhà vật lý công bố trong các công trình xuất bản vào năm 1964, trong đó có Peter Higgs, và từ đó nó được gọi là hạt Higgs.

**

Theo Mô Hình Tiêu Chuẩn (Standard Model) của nền Vật Lý hiện đại thì tất cả vật chất trong vũ trụ này tuy đa hình đa dạng nhưng thật ra chỉ được cấu tạo bởi 18 hạt cơ bản, thí dụ như âm điện tử, quarks, hạt ánh sáng photons, v.v. Và tất cả chỉ có 4 loại lực tương tác là trọng lực, lực điện từ, lực hạt nhân yếu và lực hạt nhân mạnh.

Mô Hình Tiêu Chuẩn này đã tổng hợp các lực, ngoại trừ trọng lực, trong một lý thuyết trường lượng tử, trong đó trường lực ở dạng sóng nhưng khi tương tác lại thể hiện tính chất hạt. Nhưng khó khăn nhất cho thuyết này vào lúc được đề cử là làm sao có thể tạo ra khối lương cho các hạt cơ bản. Khó khăn này tưởng chừng đã không thể vượt qua được vì các lý do toán học. Vào năm 1964, đầu tiên là Robert Brout và Francois Englert đã đề nghị một giải pháp, và chỉ sau đó vài tháng Peter Higgs đã một mình xuất bản một đề nghị tương tự nhưng có thêm tiên đoán là giải pháp toán học này cũng đòi hỏi một hạt cơ bản mới, và về sau người ta gọi đó là hạt Higgs. Nhưng có lẽ sự thật không thuộc sở hữu của riêng một ai nên chỉ vài tháng sau đó, cũng trong năm 1964, ba nhà vật lý khác cùng đã đưa ra một đề nghị tương tự và có phần khai triễn thêm ra.

Hạt Higgs được bắt nguồn và cũng là dạng hạt của một trường lực vô hình nhưng có mặt ở khắp nơi và thẩm thấu qua mọi vật. Nếu không có trường Higgs này thì chúng ta đã không tồn tại vì chính trường Higgs và những hạt Higgs này khi tương tác với vật chất đã tạo cho vật chất cái khối lượng nào đó, tùy vào cường độ của sự tương tác với hạt Higgs. Còn không thì vật chất đã không có khối lượng, và một khi đã không có khối lượng thì trọng lực đã không thể tác dụng lên chúng để hình thành những thiên thể, vì sao và các hành tinh. Và đã không có sự sống và cả con người chúng ta ngày hôm nay.

**

Giải pháp này của các nhà vật lý là một thành công lớn về mặt lý thuyết cho một vấn đề vô cùng nan giải, và có thể kiểm chứng qua sự tồn tại của hạt Higgs. Nhưng sau bao nhiêu năm tìm kiếm, sau bao nhiêu công lao, sau bao nhiêu tỷ Mỹ Kim, nhân loại phải chờ đến tháng 4 năm ngoái 2012.

Vào thời điểm đó, hai đội thí nghiệm gọi là đội ATLAS và đội CMS sử dụng máy gia tốc hạt Large Hadron Collider tại CERN, Trung Tâm Nghiên Cứu Hạt Nhân của Âu Châu đặt tại Geneva Thụy Sĩ, mỗi đội có khoảng 3000 thành viên đã công bố là đã tìm thấy một hạt cơ bản với tất cả tính chất của hạt Higgs như đã được tiên đoán trước đây gần 50 năm. Hôm nay hầu như ai cũng đều cho đó là hạt Higgs, một hạt nặng hơn hạt proton đến 133 lần.

Thế là nhân loại đã tìm được 17 hạt trong 18 hạt cơ bản, chỉ trừ hạt trọng lực (gravitons) vì trọng lực là yếu nhất trong 4 loại lực tương tác.

Khám phá về hạt Higgs được coi là khám phá vĩ đại nhất, và dĩ nhiên là tốn kém nhất, trong lịch sử của ngành vật lý. Hạt này chiếm vị trí trung tâm của Mô Hình Tiêu Chuẩn và nay đã hoàn tất mô hình này.

Nhưng đây cũng là điểm khởi đầu của một hành trình khám phá mới với các vai trò của hạt Higgs trong việc hình thành và cấu trúc của vũ trụ này.

**

Hạt Higgs gần đây còn được gọi là god particle, “hạt trời”, và nhiều người cho rằng được gọi như vậy là vì nó giữ vai trò vô cùng quan trọng. Nhưng thật ra, tên gọi này chỉ là một sự tình cờ. Số là vào năm 1993 nhà vật lý Leon Lederman xuất bản một cuốn sách về hạt Higgs, ông đã đặt cho nó cái hỗn danh là “the goddamn particle”, tạm dịch là “cái hạt chết tiệt” , chỉ vì tìm mãi mà không thấy ! Nhưng vì nhà xuất bản không đồng ý với tên gọi có vẻ hỗn xược này, nên tác giả đã rút ngắn từ “goddamn particle” xuống thành “god particle”, tức là từ “hạt chết tiệt” trở thành “hạt trời”!

Như thế, ngay đến cái tên gọi cũng là số mệnh hay chỉ là một sự tình cờ?

**

Máy gia tốc Large Hadron Collider ở CERN được đặt trong một đường hầm hình tròn có chu vi dài 27 cây số, và ở độ sâu vài trăm thước dưới lòng đất. Trong đường hầm này, các hạt proton dương điện tử được gia tốc lên một vận tốc thật nhanh, gần bằng vận tốc ánh sáng, sau đó chúng được đâm trực diện vào nhau. Người ta cần một năng lượng thật lớn để tạo nên sự đụng độ, va chạm này. Năng lượng này rất lớn đến nỗi có người cho là nó có thể tạo ra một hố đen “black hole” nhân tạo tại Geneva, và sẽ thu hút vào đó tất cả những vật thể chung quanh! Thế là biết bao cư dân Geneva đã lên tiếng phản đối không cho máy LHC được hoạt động. Nhưng đấy chỉ là chuyện hù dọa thổi phồng, và cuối cùng thì không có gì xảy ra khi máy được khai mạc cả.

Với một năng lượng đối đầu to lớn như thế, các hạt protons đâm vào nhau sẽ bể ra từng mảnh. Năng lượng từ các mảnh này lại biến hóa từ hạt này sang hạt khác, túa ra khắp nơi, đi vào các máy dò detectors được đặt quây quanh. Sau đó các khoa học gia phải bỏ cả năm trời để nghiên cứu và phân loại các hạt được tạo ra từ những dữ kiện lấy từ các máy dò này. Hạt Higgs đã được tìm thấy trong đống gạch vụn đó, dù chỉ vài hạt trong hàng triệu hạt nhưng cũng đã đủ để chứng minh sự hiện hữu của một hạt được tiên đoán từ 50 năm trước đây.

**

Sơ lược tiểu sử hai nhà vật lý giải Nobel năm nay

Gs Francois Englert, 81 tuổi, sinh tại Bỉ (Belgium). Ông hoàn thành luận án tiến sĩ năm 1959 tại đại học Universite’ Libre de Bruxelles tại Brussels, thủ đô của Bỉ quốc. Hiện thời ông là Gs danh dự Professor Emeritus cũng tại đại học Universite’ Libre de Bruxelles.

Gs Peter Higgs, 84 tuổi, sinh tại Newcastleupon Tyne, Vương Quốc Anh. Ông tốt nghiệp tiến sĩ tại đại học King’s College. London University, vào năm 1954. Ngày nay ông là Gs danh dự Professor Emeritus tại đại học Edinburgh, Vương Quốc Anh.

Phải chờ đến cái tuổi ngoài 80 thì hai nhà vật lý này mới được trao giải! Nhưng đây cũng là điều bình thường cho các nhà vật lý lý thuyết, vì hội đồng Nobel chỉ trao giải khi các lý thuyết khoa học đã được thực nghiệm kiểm chứng rõ ràng. Dù cho lý thuyết nào đó có đẹp và hay đến bao nhiêu đi nữa thì nó vẫn chỉ là một lý thuyết chưa được trải qua sự thử thách của thế giới ngoài kia. Đấy cũng là sự thiệt thòi của các nhà vật lý lý thuyết.

**

Tuy đề tài được giải thưởng Nobel vật lý năm nay không có gì là ngạc nhiên, nhưng giải thưởng này đã và sẽ gây ra biết bao tranh cãi về việc ai là người xứng đáng lãnh giải!

Giải Nobel chỉ có thể chia cho 3 người (hoặc 3 đoàn thể) là tối đa. Trong khi đó lý thuyết trường Higgs đã được 6 người đề cử xấp xỉ vào cùng một thời điểm trong năm 1964. Robert Brout đã qua đời được vài năm thì vẫn còn lại 5 người. Nay giải này chỉ trao cho hai người, loại bỏ hẳn tên tuổi 3 người kia, đó là hai vị người Mỹ Gs Guralnik và Gs Hagen, còn lại là vị GS người Anh tên là Kibble.

Chưa chi, chỉ trước đây vài hôm trước khi giải vật lý được công bố, hai người mang quốc tịch Mỹ trong 3 người này đã lên tiếng gần xa để chỉ trích hội đồng giám khảo giải Nobel!

Đó là chưa kể khoảng 6000 ngàn người khác trong hai đội thí nghiệm đã khám phá ra hạt Higgs sau bao nhiêu năm tìm kiếm! Nhưng đây không phải là lần đầu tiên có những tranh cãi về việc ai xứng đáng mà không được nhận giải và những ai không xứng đáng mà lại được bảng vàng đề danh.

**

Để kết thúc bài này tôi xin nói vài điều về Peter Higgs, vị thầy của mình. Gs Higgs là nhà vật lý, và cũng là người khiêm tốn nhất tôi từng biết qua. Ông ăn nói nhỏ nhẹ, hay đỏ mặt và rất yêu mến sinh viên. Thầy trò chúng tôi thường có dịp khề khà whisky với nhau trong những tối mùa đông lạnh lẽo. Gặp nhau đi ngược chiều trong hành lang đại học, ông luôn khép mình sát vào tường nhường lối cho người đối diện dù đấy là ai; dù tôi có nhường bao nhiêu đi nữa thì ông cứ chờ và bắt tôi phải đi qua trước. Điều lý thú là ông không bao giờ gọi hạt Higgs bằng cái tên đó, dù đấy là cái tên của ông do người đời đặt cho hạt.

Thay vào đó, mỗi khi nhắc đến hạt đó ông luôn gọi nó là “hạt boson ấy” trong ngoặc kép – xin mở ngoặc ở đây, tất cả các hạt cơ bản được chia ra làm hai nhóm: bosons là tên gọi chung cho một số hạt, trong đó có hạt Higgs, còn các hạt khác ngược lại thì được gọi là fermions.

Tôi đã học được từ ông nhiều điều về toán lý, nhưng quan trọng nhất đối với tôi Peter Higgs luôn là tấm gương khiêm tốn và luôn hết lòng với tất cả mọi người.

Và trong thâm tâm, tôi rất hãnh diện đã từng được là một trong những học trò của ông.

DCVOnline: Tác giả hiện là Adjunct Professor tại Đại học Swinburne University of Technology và là Professorial Fellow tại ĐH Melbourne University, Australia.

---

Nguồn: Bài đã phát thanh ngày Thứ tư 09/10/2013 do Hồn Việt Radio gởi đến DCVOnline