Vì sao nói hạt cơ bản không còn cơ bản nữa?

Hơn 2000 năm trở lại đây, các triết gia và các nhà khoa học tự nhiên luôn suy ngẫm một vấn đề: nếu cứ chia cắt mãi một vật thể thì sẽ như thế nào? Liệu có thể tìm được một loại hạt cơ bản nhất tạo thành ra vật chất hay không?

Các nhà vật lí trước tiên phát hiện nhiều vật thể đều là do các phân tử rất nhỏ cấu tạo thành, về sau lại thám trắc được phân tử là do nguyên tử còn nhỏ hơn cấu tạo thành. Nguyên tử cũng có kết cấu phức tạp, trung tâm của nó là hạt nhân nguyên tử và các electron. “Tính khí” của proton, nơtron và electron mỗi loại một khác. Các nhà vật lí gọi proton và nơtron là hađron (hạt nặng), gọi electron là lepton (hạt nhẹ). Chúng đều là người một nhà, gọi chung là hạt cơ bản.

Từ khi Joseph John Thomson phát hiện ra hạt cơ bản thứ nhất – electron, từ trong phòng thực nghiệm vào năm 1897 cho đến nay, hiện tại số thành viên của gia tộc hạt cơ bản đã tăng lên đến hơn 300 loại. Có thể phân chia hơn 300 thành viên này thành ba họ tộc: photon, lepton, hađron, trong đó có tới gần 300 loại thuộc về hađron. Trước những năm 60 của thế kỉ XX, nhiều người cho rằng, hạt cơ bản là thứ cơ bản nhất cấu tạo thành vật chất. Chúng không có kích thước, cũng không có kết cấu.

Gần 20 năm trở lại đây, trong khi chỉnh lí gia tộc hạt cơ bản đông đúc ấy, các nhà vật lí phát hiện quy luật sắp xếp nhất định, tồn tại giữa các hađron, như kiểu các nguyên tố trong bảng tuần hoàn của các nguyên tố vậy. Sự xuất hiện của luật chu kì nguyên tố là do nguyên tử có kết cấu nội bộ. Qua đó các nhà vật lí tự nhiên nảy sinh ra một loại ý tưởng: phải chăng hạt cơ bản cũng có kết cấu nội bộ? Các nhà vật lí lí thuyết dựa vào manh mối ấy, đề ra giả thiết cho rằng hađron là hệ thống do ba (hoặc một đôi) hạt cơ bản hơn cấu tạo thành. Họ gọi những thứ cơ bản hơn hạt cơ bản này là quark (quac). Điều làm cho người ta hào hứng là dựa vào giả thiết đơn giản như vậy, lại có thể giải thích nhiều sự thật của thực nghiệm. Về sau, các nhà vật lí sử dụng chùm electron có năng lượng rất cao bắn phá proton và nơtron, quả nhiên, phát hiện trong proton và nơtron có chứa quark.

Mấy chục năm gần đây, tình hình lại có bước phát triển. Các nhà vật lí khi đổi dùng nơtrino bắn phá hađron, đã phát hiện điều còn kì diệu hơn. Thực nghiệm cho thấy, trong hađron không chỉ có quark, có thể còn có một loại vật chất gọi là gluon. Năm 1979, một nhóm thực nghiệm vật lí năng lượng cao do giáo sư Đinh Triệu Trung, nhà vật lí nổi tiếng người Mĩ gốc Hoa chỉ đạo, khi sử dụng máy gia tốc có năng lượng cao nhất trên thế giới lúc bấy giờ (đặt tại Hambourg, Đức) để tìm kiếm các hạt mới bằng cách cho electron dương và âm va đập thẳng vào nhau, trong quá trình phân tích một loại hiện tượng gọi là “sự phun” (spouting) đã tiến một bước tìm thấy chứng cứ thực nghiệm về sự tồn tại của gluon, được giới khoa học kĩ thuật toàn thế giới hết sức coi trọng.

Thế thì, liệu quark và gluon có phải là những hạt cơ bản nhất cấu tạo thành vật chất hay không? Vấn đề này xem ra phải do sự thật thực nghiệm khoa học trong tương lai đưa ra lời giải.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Hỏi đáp & Tư vấn © 2013 Hỏi đáp tư vấn