Các nhà nghiên cứu tại LHC xác nhận sự tồn tại của hạt Tetraquark: tổ
hợp tạo thành từ 4 quark
Theo báo cáo từ trang New Scientist thì mới đây, các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm SNOLAB, nơi đặt chiếc máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới Large Hadron Collider (LHC), vừa tuyên bố đã xác nhận sự tồn tại của loại hạt được gọi là Z(4430) hay tetraquark. Đây là tổ hợp được tạo thành từ việc kết hợp 4 quark lại với nhau. Tuy nhiên, cho tới trước đây, các nhà vật lý đều giả thuyết về sự tồn tại của hạt Z(4430) bằng biện pháp thống kê mà chưa thật sự quan sát được nó.
Z(4430) là loại hạt meson cộng hưởng được phát hiện lần đầu tiên bởi thí nghiệm của Belle tại máy gia tốc hạt KEKB Tsukuba ở Nhật Bản vào năm 2007. Nhưng sau đó, những thí nghiệm kiểm chứng đã được thực hiện bởi máy dò Babar đặt tại phòng thí nghiệm gia tốc hạt SLAC, California đã không tìm thấy loại hạt này.
Quark (còn gọi là quac) là hạt cơ bản sơ cấp và là thành phần cơ bản của vật chất. Kết hợp các hạt quark với nhau tạo lên các hạt tổ hợp còn gọi là các hadron, với những hạt ổn định nhất là proton và neutron - những hạt thành phần của hạt nhân nguyên tử. Mặc dù các quark thường liên kết với nhau tạo thành nhóm 2 hoặc 3 hạt, các nhà khoa học vẫn đưa ra giả thuyết rằng 4 quark có thể kết hợp được với nhau tại thành một loại vật chất khác: tetraquark. Dù vậy, các nhà khoa học chỉ mới dừng lại ở mức độ giả thuyết mà chưa thể thực hiện được những thí nghiệm lượng tử phức tạp nhằm kiểm chứng giả thuyết trên.
Giáo sư Thomas Cohen tại đại học Maryland cho biết: "Máy tính của chúng tôi hiện tại vẫn không đủ mạnh để có thể giải quyết được lý thuyết trên dù là những nguyên lý đầu tiên." Điều đó có nghĩa là cho đến nay, vẫn chưa có một ai có thể dùng những định luật vật lý thông thường để chứng minh sự tồn tại của Z(4430). Và nó vẫn chỉ là một giả thuyết trong vật lý học. Nhưng giờ đây, các nhà nghiên cứu tại SNOLAB đã giải quyết được vấn đề trên.
Nhóm nghiên cứu tại SNOLAB đã dùng các thí nghiệm phát hiện ra hạt Higg để áp dụng nhằm tìm kiếm hạt Tetraquark. Thí nghiệm đã được thực hiện rất nhiều lần với cơ sở dữ liệu kết quả lớn hơn gấp 10 lần so với các thí nghiệm kiểm chứng trước đó. Và giờ đây, các nhà nghiên cứu đã chính thức xác nhận sự tồn tại của Z(4430). Bước tiếp theo của nghiên cứu là tìm hiểu làm cách nào để tạo ra hạt Z(4430) từ 4 quark.
Thách thức đặt ra là hạt Z(4430) có khối lượng khác hẳn so với khối lượng của tổ hợp 2 cặp quark liên kết với nhau. Một khía cạnh thách thức khác chính là Z(4430) có thời gian phân rã nhanh gấp 10 lần so với giả thuyết về nó trước đây. Câu hỏi được các nhà nghiên cứu đặt ra ở đây là nó sẽ chuyển hóa thành dạng hạt nào? Nhỏ hơn hay lớn hơn? Điều này khơi dậy giả thuyết đã biến mất trong những năm qua, về sự tồn tại của hạt pentaquark - nhóm 5 hạt quark. Đó là tất cả những gì mà các nhà nghiên cứu phải tiếp tục tìm hiểu trong tương lai.
Dù vậy, việc phát hiện ra bất kỳ loại hạt mới nào có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với các nhà khoa học và đặc biệt là việc tận mắt chứng kiến sự tồn tại của hạt Z(4430) thật sự là một bước tiến đặc biệt trong lĩnh vực vật lý học hiện đại. Vật lý hiện đại là một môn khoa học thực chứng. Điều đó có nghĩa là việc tận mắt quan sát nhằm kiểm chứng giả thuyết trước đó về hạt Z có thể xem như đã nâng hiểu biết của con người về vật lý học lên một tầm cao mới và mở ra nhiều triển vọng để thực hiện các nghiên cứu khác trong tương lai.
