Trung tâm nghiên cứu vật lý nguyên tử lớn nhất Châu Âu (CERN) vừa chính thức bắt đầu cuộc thí nghiệm Large Hadron Collider (LHC) đắt giá nhất trong lịch sử nhân loại với mục đích đi tìm câu trả lời cho các câu hỏi: Sự sống thực sự bắt nguồn từ đâu" Vũ trụ đã được hình thành như thế nào" Ngoài trái đất, liệu trong vũ trụ còn có nơi nào có sự sống"...
Đây là cuộc thí nghiệm nhằm tìm hiểu nguyên nhân hình thành cuœa vật chất để qua đó giaœi thích sự hiện hữu cuœa vũ trụ. Trong số ba địa điểm hiện đang được thực hiện những cuộc thí nghiệm bao gồm Geneva, Chicago và California, cuộc thí nghiệm tại Geneva được coi là cuộc thí nghiệm mới nhất, vĩ đại nhất và tốn kém tiền cuœa hơn caœ.
Cuộc thí nghiệm được mệnh danh là “atom smasher”(nghiền nguyên tử), trị giá $8 tỷ Mỹ kim, quy tụ trên 2000 khoa học gia từ 150 phòng thí nghiệm danh tiếng tại 34 quốc gia tiên tiến trên thế giới. Cuộc thí nghiệm được thực hiện trong một hệ thống đường hầm hình tròn cao 75 mét, chu vi 27 cây số, nằm sâu dưới mặt đất thuộc vùng biên giới Pháp – Thụy Sĩ, ngay bên ngoài thành phố Geneva. Công trình nghiên cứu được kiến thiết bằng 330 ngàn mét khối bê tông và trên 60 ngàn tấn máy móc các loại trong đó có 160 dàn máy siêu điện toán cùng 6600 cây số dây điện đuœ cỡ, đuœ mầu...
Với khả năng của các khoa học gia tại LHC và số tiền khổng lồ được các quốc gia đầu tư, các khoa học gia tin tưởng, qua thí nghiệm, họ sẽ tái tạo được điều kiện vật lý, sinh hóa vào thời điểm một phần tỷ giây đồng hồ sau khi có vụ nổ “Big Bang”, một vụ nổ được phần đông khoa học gia ngày nay thừa nhận, đã xảy ra cách đây 15 tỷ năm, và nhờ có vụ nổ đó, vũ trụ được tạo lập. Một khi tái tạo được thời điểm đó, các khoa học gia sẽ biết được những đơn vị nhỏ nhất của vật chất được mệnh danh là “God’s Particle” đã hình thành như thế nào.
Trung tâm điêåm của cuộc thí nghiệm LHC là cỗ máy khổng lồ cao bằng tòa nhà 5 tầng, nặng 7000 tấn, có tên Atlas. Ngoài ra, 3 trung tâm thí nghiệm khác cũng được thành lập trên hệ thống đường hầm dài 27 cây số. Atlas và 3 trung tâm thí nghiệm này sẽ phát hiện những đơn vị nhỏ nhất của vật chất trong giai đoạn tiền nguyên tử một khi các luồng proton ngược chiều được phóng đi với tốc độ ánh sáng, 300,000 cây số trong một giây, và được điều khiển để chúng đụng nhau.
Để có thể gia tăng tốc độ và định hướng các luồng proton, 5000 thanh nam châm khổng lồ có chiều cao 20 mét đã được thiết lập. Nhằm tạo ra một môi trường thích hợp cho cuộc thí nghiệm, các khoa học gia đã sử dụng kỹ thuật siêu dẫn ở âm –273 độ C, tức là 1.8 độ trên độ 0 tuyệt đối (1.8 degrees above absolute zero). Với tốc độ 300 ngàn cây số giây, trong môi trường tối hàn như vậy, lực do các luồng proton tạo ra sẽ vô cùng khủng khiếp. Các khoa học gia ước lượng, mỗi luồng proton có đường kính chỉ bằng 1 phần tư sợi tóc, nhưng sẽ tạo ra một sức công phá tương đương 60 kí lô thuốc nổ TNT.
Theo nhận định của các khoa học gia, với sức mạnh ngược chiều như vậy một khi đụng độ, sức đụng độ khủng khiếp này sẽ khiến các protons bị hủy diệt và một số hạt, đơn vị nhỏ nhất của vật chất sẽ tồn tại trong khoảnh khắc phần ngàn tỷ ngàn tỷ một giây đồng hồ trước khi hóa thành quarks và các loại hạt khác. Những loại hạt cực nhỏ hiện ra trong khoảnh khắc ngắn ngủi này được mệnh danh là “Higgs boson”, nhằm vinh danh khoa học gia Peter Higgs, người đã tiên đoán về sự hiện hữu của chúng ngay từ đầu thập niên 1960.
Nhằm phát hiện được những loại hạt nhỏ nhất trước khi chúng hóa thành quarks(*), một hệ thống cảm nhận cực kỳ phức tạp với 140 triệu sensors cực kỳ vi diệu sẽ được lắp vô trong Atlas.
Các khoa học gia tin rằng, trung bình cứ 10,000 tỷ lần đụng độ giữa các luồng proton, sẽ có một lần trạng thái vật chất ở dạng hạt sẽ được hình thành. Như vậy, với khả năng tạo ra 800 triệu cuộc đụng độ trong mỗi giây đồng hồ, mỗi ngày có thể có một cuộc đụng độ có sự hiện hữu của những hạt vật chất được mệnh danh là God’s Particle. Và sự hiện hữu này nếu có, chỉ có trong khoảng phần ngàn tỷ ngàn tỷ một giây đồng hồ. Bổn phận của các khoa học gia là trong khoảnh khắc cực kỳ ngắn ngủi đó, họ phải phát hiện được sự hiện hữu trước khi chúng bị phân hủy thành quarks hoặc các loại hạt khác.
Trong muôn ngàn câu hoœi từng thiêu đốt tâm can các khoa học gia trong nhiều thiên niên kyœ qua, câu hoœi then chốt nhất chính là nguyên nhân sự hình thành cuœa vũ trụ cùng sự hiện hữu cuœa vật chất. Đi tìm câu traœ lời cho những câu hoœi này, con người đã không ngừng nghỉ suy tư, nghiên cứu, thí nghiệm trong nhiều ngàn năm qua, nhưng câu traœ lời đích thực cho những câu hoœi trên vẫn còn ngoài tầm tay với cuœa nhân loại. Trong mục đích tìm hiểu nguyên nhân hình thành cuœa thế giới vật chất từ những nguyên tưœ, phân tưœ cực kỳ vi diệu để qua đó có thể đi tới chân nguyên cuœa sự hình thành vũ trụ, các nhà khoa học tại nhiều quốc gia thuộc trung tâm CERN đang thực hiện cuộc thí nghiệm khổng lồ chuyên nghiên cứu về sự hình thành và biến dạng cuœa những hạt trong nguyên tử một khi những hạt này va chạm vào nhau với tốc độ tương đương tốc độ cuœa ánh sáng.
Sau nhiều thế kyœ nghiên cứu và tìm hiểu sự hình thành cuœa vũ trụ, các khoa học gia đã dần dần đi đến một kết luận then chốt: Toàn bộ thế giới đa dạng và phức tạp hiện nay đều được hình thành và phát triển từ những nguyên tử cực kỳ vi diệu ngay từ khi khơœi thuœy. Chính vì vậy nên việc nghiên cứu thế giới vật chất hoàn toàn vi diệu này là điều cần thiết để có thể tìm hiểu được nguyên nhân hình thành cuœa vũ trụ.
Nhưng để có thể tìm hiểu được thế giới vật chất cực kỳ vi diệu đó, các khoa học gia phaœi có những phương tiện khổng lồ và cực kỳ hiện đại để có thể nghiên cứu được những biến dạng phức tạp cuœa những vật chất này trong trạng thái va chạm nẩy lưœa sau khi những vật chất đó được di chuyển với tốc độ tương đương tốc độ cuœa ánh sáng. Chính vì nhận thức được một phương thức thí nghiệm như vậy nên các khoa học gia trên thế giới đã cho xây dựng trung tâm thí nghiệm mệnh danh Atom Smasher ơœ nhiều nơi trên thế giới với tốn phí trung bình hàng chục tyœ Mỹ Kim cho một trung tâm.
Theo như sự trình bầy cuœa phóng viên Helen Meredith thì một khi hai luồng proton trong những phòng thí nghiệm này được “thổi đi” ngược chiều và đạt tới tốc độ tương đương tốc độ cuœa ánh sáng thì chúng sẽ được định hướng để va chạm vào nhau ơœ một vị trí nhất định. Một khi cuộc đụng độ như vậy xẩy ra, một nhiệt năng lên tới hàng triệu độ sẽ được saœn sinh và những phân tưœ sẽ biến dạng và trơœ thành những phân tưœ mới với những cấu trúc mới cuœa thế giới vật chất.Dĩ nhiên toàn bộ sự hiện diện cuœa những phân tưœ vật chất mới meœ và luồng nhiệt năng hàng triệu độ này chỉ là một sự hiện diện trong khoaœnh khắc không đầy một phần ngàn tyœ ngàn tyœ một giây đồng hồ (less than a trillionth of a trillionth of a second). Tuy nhiên qua sự hiện diện đầy phù du này, các khoa học gia tin tươœng có thể soi rọi những tia sáng nhất định vào thế giới kỳ diệu cuœa vật chất và giây phút khơœi thuœy cuœa vũ trụ.
Theo như sự nhận xét cuœa những khoa học gia thuộc lĩnh vực vật lý nguyên tưœ thì nếu như tốc độ cuœa những luồng proton trước khi chúng được va chạm, càng cao và càng gần với tốc độ ánh sáng bao nhiêu thì mức độ thành công cuœa những thí nghiệm này càng lớn bấy nhiêu. Mà muốn gia tăng tốc độ cuœa những phân tưœ vật chất này càng đạt đến mức độ tối đa, chu vi cuœa hành lang thí nghiệm trong đó những luồng proton được di chuyển phaœi càng lớn bấy nhiêu.
Cho đến thời điểm hiện tại, hành lang có chu vi lớn nhất đã được xây dựng là hành lang LHC tại Thụy Sĩ có chu vi 27 cây số. Hơn thập niên trước, căn cứ vào những kết quaœ đã thu lượm được, các khoa học gia Hoa Kỳ nhận thấy muốn tiến tới gần hơn những cấu tạo cuœa thế giới vật chất, một trung tâm thí nghiệm có chu vi thiệt lớn phaœi được xây dựng. Đó là lý do khiến cho dự án có tên SSC (Superconducting Super Collider) được các nhà khoa học Hoa Kỳ soạn thaœo với chu vi ngót 90 cây số được đệ trình quốc hội Hoa Kỳ. Tuy nhiên, sau khi chi tiêu 2 tỷ đô la, tháng 10 năm 1993, quốc hội Hoa Kỳ đã quyết định đình chỉ dự án vì chi phí quá khổng lồ, vượt xa dự tính ban đầu.
Đây là cuộc thí nghiệm nhằm tìm hiểu nguyên nhân hình thành cuœa vật chất để qua đó giaœi thích sự hiện hữu cuœa vũ trụ. Trong số ba địa điểm hiện đang được thực hiện những cuộc thí nghiệm bao gồm Geneva, Chicago và California, cuộc thí nghiệm tại Geneva được coi là cuộc thí nghiệm mới nhất, vĩ đại nhất và tốn kém tiền cuœa hơn caœ.
Cuộc thí nghiệm được mệnh danh là “atom smasher”(nghiền nguyên tử), trị giá $8 tỷ Mỹ kim, quy tụ trên 2000 khoa học gia từ 150 phòng thí nghiệm danh tiếng tại 34 quốc gia tiên tiến trên thế giới. Cuộc thí nghiệm được thực hiện trong một hệ thống đường hầm hình tròn cao 75 mét, chu vi 27 cây số, nằm sâu dưới mặt đất thuộc vùng biên giới Pháp – Thụy Sĩ, ngay bên ngoài thành phố Geneva. Công trình nghiên cứu được kiến thiết bằng 330 ngàn mét khối bê tông và trên 60 ngàn tấn máy móc các loại trong đó có 160 dàn máy siêu điện toán cùng 6600 cây số dây điện đuœ cỡ, đuœ mầu...
Với khả năng của các khoa học gia tại LHC và số tiền khổng lồ được các quốc gia đầu tư, các khoa học gia tin tưởng, qua thí nghiệm, họ sẽ tái tạo được điều kiện vật lý, sinh hóa vào thời điểm một phần tỷ giây đồng hồ sau khi có vụ nổ “Big Bang”, một vụ nổ được phần đông khoa học gia ngày nay thừa nhận, đã xảy ra cách đây 15 tỷ năm, và nhờ có vụ nổ đó, vũ trụ được tạo lập. Một khi tái tạo được thời điểm đó, các khoa học gia sẽ biết được những đơn vị nhỏ nhất của vật chất được mệnh danh là “God’s Particle” đã hình thành như thế nào.
Trung tâm điêåm của cuộc thí nghiệm LHC là cỗ máy khổng lồ cao bằng tòa nhà 5 tầng, nặng 7000 tấn, có tên Atlas. Ngoài ra, 3 trung tâm thí nghiệm khác cũng được thành lập trên hệ thống đường hầm dài 27 cây số. Atlas và 3 trung tâm thí nghiệm này sẽ phát hiện những đơn vị nhỏ nhất của vật chất trong giai đoạn tiền nguyên tử một khi các luồng proton ngược chiều được phóng đi với tốc độ ánh sáng, 300,000 cây số trong một giây, và được điều khiển để chúng đụng nhau.
Để có thể gia tăng tốc độ và định hướng các luồng proton, 5000 thanh nam châm khổng lồ có chiều cao 20 mét đã được thiết lập. Nhằm tạo ra một môi trường thích hợp cho cuộc thí nghiệm, các khoa học gia đã sử dụng kỹ thuật siêu dẫn ở âm –273 độ C, tức là 1.8 độ trên độ 0 tuyệt đối (1.8 degrees above absolute zero). Với tốc độ 300 ngàn cây số giây, trong môi trường tối hàn như vậy, lực do các luồng proton tạo ra sẽ vô cùng khủng khiếp. Các khoa học gia ước lượng, mỗi luồng proton có đường kính chỉ bằng 1 phần tư sợi tóc, nhưng sẽ tạo ra một sức công phá tương đương 60 kí lô thuốc nổ TNT.
Theo nhận định của các khoa học gia, với sức mạnh ngược chiều như vậy một khi đụng độ, sức đụng độ khủng khiếp này sẽ khiến các protons bị hủy diệt và một số hạt, đơn vị nhỏ nhất của vật chất sẽ tồn tại trong khoảnh khắc phần ngàn tỷ ngàn tỷ một giây đồng hồ trước khi hóa thành quarks và các loại hạt khác. Những loại hạt cực nhỏ hiện ra trong khoảnh khắc ngắn ngủi này được mệnh danh là “Higgs boson”, nhằm vinh danh khoa học gia Peter Higgs, người đã tiên đoán về sự hiện hữu của chúng ngay từ đầu thập niên 1960.
Nhằm phát hiện được những loại hạt nhỏ nhất trước khi chúng hóa thành quarks(*), một hệ thống cảm nhận cực kỳ phức tạp với 140 triệu sensors cực kỳ vi diệu sẽ được lắp vô trong Atlas.
Các khoa học gia tin rằng, trung bình cứ 10,000 tỷ lần đụng độ giữa các luồng proton, sẽ có một lần trạng thái vật chất ở dạng hạt sẽ được hình thành. Như vậy, với khả năng tạo ra 800 triệu cuộc đụng độ trong mỗi giây đồng hồ, mỗi ngày có thể có một cuộc đụng độ có sự hiện hữu của những hạt vật chất được mệnh danh là God’s Particle. Và sự hiện hữu này nếu có, chỉ có trong khoảng phần ngàn tỷ ngàn tỷ một giây đồng hồ. Bổn phận của các khoa học gia là trong khoảnh khắc cực kỳ ngắn ngủi đó, họ phải phát hiện được sự hiện hữu trước khi chúng bị phân hủy thành quarks hoặc các loại hạt khác.
Trong muôn ngàn câu hoœi từng thiêu đốt tâm can các khoa học gia trong nhiều thiên niên kyœ qua, câu hoœi then chốt nhất chính là nguyên nhân sự hình thành cuœa vũ trụ cùng sự hiện hữu cuœa vật chất. Đi tìm câu traœ lời cho những câu hoœi này, con người đã không ngừng nghỉ suy tư, nghiên cứu, thí nghiệm trong nhiều ngàn năm qua, nhưng câu traœ lời đích thực cho những câu hoœi trên vẫn còn ngoài tầm tay với cuœa nhân loại. Trong mục đích tìm hiểu nguyên nhân hình thành cuœa thế giới vật chất từ những nguyên tưœ, phân tưœ cực kỳ vi diệu để qua đó có thể đi tới chân nguyên cuœa sự hình thành vũ trụ, các nhà khoa học tại nhiều quốc gia thuộc trung tâm CERN đang thực hiện cuộc thí nghiệm khổng lồ chuyên nghiên cứu về sự hình thành và biến dạng cuœa những hạt trong nguyên tử một khi những hạt này va chạm vào nhau với tốc độ tương đương tốc độ cuœa ánh sáng.
Sau nhiều thế kyœ nghiên cứu và tìm hiểu sự hình thành cuœa vũ trụ, các khoa học gia đã dần dần đi đến một kết luận then chốt: Toàn bộ thế giới đa dạng và phức tạp hiện nay đều được hình thành và phát triển từ những nguyên tử cực kỳ vi diệu ngay từ khi khơœi thuœy. Chính vì vậy nên việc nghiên cứu thế giới vật chất hoàn toàn vi diệu này là điều cần thiết để có thể tìm hiểu được nguyên nhân hình thành cuœa vũ trụ.
Nhưng để có thể tìm hiểu được thế giới vật chất cực kỳ vi diệu đó, các khoa học gia phaœi có những phương tiện khổng lồ và cực kỳ hiện đại để có thể nghiên cứu được những biến dạng phức tạp cuœa những vật chất này trong trạng thái va chạm nẩy lưœa sau khi những vật chất đó được di chuyển với tốc độ tương đương tốc độ cuœa ánh sáng. Chính vì nhận thức được một phương thức thí nghiệm như vậy nên các khoa học gia trên thế giới đã cho xây dựng trung tâm thí nghiệm mệnh danh Atom Smasher ơœ nhiều nơi trên thế giới với tốn phí trung bình hàng chục tyœ Mỹ Kim cho một trung tâm.
Theo như sự trình bầy cuœa phóng viên Helen Meredith thì một khi hai luồng proton trong những phòng thí nghiệm này được “thổi đi” ngược chiều và đạt tới tốc độ tương đương tốc độ cuœa ánh sáng thì chúng sẽ được định hướng để va chạm vào nhau ơœ một vị trí nhất định. Một khi cuộc đụng độ như vậy xẩy ra, một nhiệt năng lên tới hàng triệu độ sẽ được saœn sinh và những phân tưœ sẽ biến dạng và trơœ thành những phân tưœ mới với những cấu trúc mới cuœa thế giới vật chất.Dĩ nhiên toàn bộ sự hiện diện cuœa những phân tưœ vật chất mới meœ và luồng nhiệt năng hàng triệu độ này chỉ là một sự hiện diện trong khoaœnh khắc không đầy một phần ngàn tyœ ngàn tyœ một giây đồng hồ (less than a trillionth of a trillionth of a second). Tuy nhiên qua sự hiện diện đầy phù du này, các khoa học gia tin tươœng có thể soi rọi những tia sáng nhất định vào thế giới kỳ diệu cuœa vật chất và giây phút khơœi thuœy cuœa vũ trụ.
Theo như sự nhận xét cuœa những khoa học gia thuộc lĩnh vực vật lý nguyên tưœ thì nếu như tốc độ cuœa những luồng proton trước khi chúng được va chạm, càng cao và càng gần với tốc độ ánh sáng bao nhiêu thì mức độ thành công cuœa những thí nghiệm này càng lớn bấy nhiêu. Mà muốn gia tăng tốc độ cuœa những phân tưœ vật chất này càng đạt đến mức độ tối đa, chu vi cuœa hành lang thí nghiệm trong đó những luồng proton được di chuyển phaœi càng lớn bấy nhiêu.
Cho đến thời điểm hiện tại, hành lang có chu vi lớn nhất đã được xây dựng là hành lang LHC tại Thụy Sĩ có chu vi 27 cây số. Hơn thập niên trước, căn cứ vào những kết quaœ đã thu lượm được, các khoa học gia Hoa Kỳ nhận thấy muốn tiến tới gần hơn những cấu tạo cuœa thế giới vật chất, một trung tâm thí nghiệm có chu vi thiệt lớn phaœi được xây dựng. Đó là lý do khiến cho dự án có tên SSC (Superconducting Super Collider) được các nhà khoa học Hoa Kỳ soạn thaœo với chu vi ngót 90 cây số được đệ trình quốc hội Hoa Kỳ. Tuy nhiên, sau khi chi tiêu 2 tỷ đô la, tháng 10 năm 1993, quốc hội Hoa Kỳ đã quyết định đình chỉ dự án vì chi phí quá khổng lồ, vượt xa dự tính ban đầu.
* * *
Nếu nhìn ngược lại lịch sử, ta sẽ thấy ngay từ thuơœ hồng hoang cuœa nhân loại, con người đã băn khoăn về sự hiện hữu cuœa chính mình, cuœa muôn loài cũng như cuœa vũ trụ. Tuy nhiên trong suốt thời gian kéo dài hàng ngàn năm qua, chặng đường đi tìm chân diện cuœa thế giới vật chất, nguyên thuœy cuœa vũ trụ vẫn là một chặng đường cực kỳ khó khăn, tốn kém không những mồ hôi nước mắt mà còn tốn kém caœ xương máu cuœa không biết bao nhiêu con người trải qua bao nhiêu thế hệ, hậu quaœ cuœa những xung đột niềm tin, những aœo tươœng cuœa trí tuệ.
Một trong những khoa học gia tên tuổi cuœa nhân loại là nhà vật lý James Peebles đã tuyên bố những băn khoăn cuœa mình về những gì được coi là kỳ diệu cuœa vũ trụ và những cố gắng vô vọng cuœa con người như sau: “Cho đến nay chúng ta vẫn hoàn toàn không thể biết được vũ trụ đã như thế nào ơœ thời điểm trước khi nó thành hình cũng như nó đã được thành hình như thế nào... Thậm chí ngay caœ ý nghĩ sự hiện hữu cuœa chúng ta để làm gì và tại sao chúng ta lại có trên bề mặt trái đất này cũng là những vấn đề nan giaœi không dễ gì traœ lời trong thời gian một vài thập niên thậm chí một vài thế kyœ nữa”...
Tuy nhiên, liệu con người và khoa học trong thời gian một vài thập niên hay một vài thế kyœ nữa có thể nào lãnh hội được những bí mật và những nhiệm mầu cuœa vũ trụ cũng như sự hiện hữu cuœa muôn loài hay không" Đó là một câu hoœi nan giaœi thiêu đốt tâm tư những nhà khoa học cũng như các nhà thần học tài ba nhất cuœa nhân loại, những người không chịu để tư tươœng cuœa mình bị ràng buộc trong những khuôn sáo hay những vòng cương toœa cuœa kiến thức, những định chế cuœa luân lý hay tôn giáo.
Theo như nhà vật lý Murray Gell-Mann thì sự tò mò cuœa con người tuy là một hành trang quan trọng cho con người đi tìm tới những biên cương mới lạ cuœa kiến thức nhưng khó có thể nghĩ con người sẽ đạt đến những biên cương cuối cùng cuœa những bí hiểm trong vũ trụ.
Nhấn mạnh quan điểm cuœa mình, ông đã viết những dòng chữ đầy thao thức: “Thật khó có thể tươœng tượng được một đám người sống chật chội trên một hành tinh nhoœ bé trong khi hành tinh đó bay chung quanh một mặt trời bình thường như hàng tyœ mặt trời khác trong một daœi ngân hà nhoœ bé so với hàng triệu triệu daœi ngân hà khác trong vũ trụ, lại có thể hiểu được những bí hiểm đầy huyền diệu tiềm ẩn những nguyên nhân huyền bí về sự hình thành và hiện hữu cuœa vũ trụ.”
Cũng theo như nhà vật lý Murray Gell-Mann thì sự cố gắng cuœa con người trên con đường tìm hiểu những bí mật cuœa vũ trụ sẽ là những cố gắng khó có thể thành công vì chúng không khác gì baœo con sâu con kiến chịu khó tìm hiểu về nguyên nhân dẫn đến mưa nắng hay lý do cuœa ngày đêm trên trái đất.
Sự thực thì xưa nay cả đông phương lẫn tây phương, đều có không biết bao nhiêu nhà khoa học, nhà tư tưởng băn khoăn về nguồn gốc của vũ trụ. Trong khi những nhà tư tươœng Đông Phương ngày xưa quan niệm nguồn gốc cuœa toàn bộ thế giới vật chất xuất phát từ sự tương sinh tương khác cuœa ngũ hành bao gồm năm loại vật chất chính là kim, mộc, thuœy, hoœa, thổ con đeœ cuœa âm dương, thì triết gia Aristotle thuộc Tây Phương lại cho rằng nguồn gốc cuœa thế giới vật chất hoàn toàn bắt nguồn từ bốn dạng chính là đất, nước, lưœa và không khí.
Cho đến thế kyœ 19, các khoa học gia đã phát hiện ra nguồn gốc cuœa các loại vật chất trên trái đất bao gồm sự pha trộn cuœa 92 nguyên tố căn baœn. Trong những thập niên kế tiếp, con người dần dần phát hiện ra những nguyên tố mới lạ và hiểu được những nguyên tố này được cấu tạo bằng những nguyên tưœ theo một cấu trúc nhất định. Cho đến đầu thế kyœ 20, các khoa học gia đã tiến một bước xa hơn trong việc tìm hiểu cấu tạo nội tại cuœa nguyên tưœ và đã nhận thức được một nguyên tưœ bao gồm có nhân và những điện tưœ electrons bao quanh. Cho đến những năm kế tiếp, các khoa học gia tiếp tục phát hiện ra trong nhân cuœa một nguyên tưœ còn có những yếu tố nhoœ hơn được gọi là proton và neutron. Sau khi phát hiện ra proton và neutron, các khoa học gia tự hoœi phaœi chăng đó chính là những yếu tố nhoœ nhất và là giới hạn cuối cùng cuœa thế giới vật chất" Nói cách khác, bên trong cuœa proton và neutron còn có những cơ cấu gì có thể phân chia được nữa hay không" Cho đến năm 1964, hai nhà vật lý học là Murray Gell-Mann và George Zweig đã tìm được những bằng chứng để đi tới kết luật bên trong những neutron và proton còn có những yếu tố vật chất cực kỳ nhoœ bé hơn được gọi là quark. Đến năm 1977, Down Quark được phát hiện, và Top quark được phát hiện vào tháng 2 năm 1995. Tuy nhiên việc nghiên cứu và nhận thức về sự hiện hữu cuœa quark là một điều không dễ dàng gì vì không những nó cực kỳ nhoœ bé, cực kỳ vi diệu mà còn hiện hữu rất mong manh mặc dù sự hiện hữu cuœa nó là một điều quan trọng cho sự hiện hữu cuœa vật chất ngay từ khi vũ trụ khởi thủy.
Việc phát hiện ra những vật chất khởi thủy của vũ trụ sẽ phần nào giúp các khoa học gia tìm được câu trả lời, tại sao vật chất có khối lượng. Điều này sẽ hậu thuẫn cho học thuyết, trong vũ trụ luôn luôn tràn ngập một từ trường vô hình, và khi các nguyên tử hoặc các hạt nhỏ hơn nguyên tử, xuyên qua từ trường vô hình này, chúng sẽ trở thành những vật chất có khối lượng và hữu hình.
Xuyên suốt nhiều thế kỷ qua, các nhà khoa học đã giải thích sự hiện hữu của thế giới muôn loài trên căn bản những thí nghiệm và những phát minh được gói gọn trong môi trường trái đất, trong đó nền tảng là Standard Model bao gồm 12 loại hạt, trong đó 6 loại hạt là quarks và 6 loại hạt nhẹ hơn gọi là leptons. Tuy nhiên, những giải thích này không thể thích hợp trong những môi trường bên ngoài trái đất. Nhất là trong việc đi tìm nguồn gốc cùng mối tương quan lý hóa của vật chất, của sự sống, của vũ trụ, cũng như sự sống bên ngoài trái đất, đòi hỏi các khoa học gia phải tìm đến những tiêu chuẩn mới, áp dụng những phương pháp mới, trong những môi trường mới.
Trước những viễn ảnh đầy hứa hẹn của cuộc thí nghiệm LHC, trung tuần tháng 6-2003 vừa qua, Roger Cashmore, giám đốc CERN, trung tâm nghiên cứu nguyên tử đa quốc gia tại Châu Âu, đã tin tưởng: “Nếu trạng thái ‘Higgs boson’ quả thực hiện hữu, nó phải hiện hữu ngay từ khi khởi thủy của vũ trụ, nghĩa là trước cả khi nguyên tử và phân tử được tạo lập. Vì vậy, so với các nhà thiên văn học, cũng cùng mục đích tìm kiếm sự sống và nguyên nhân hình thành vũ trụ, thí nghiệm tại LHC chắc chắn tân tiến hơn và có khả năng thành công gấp bội. Lý do là các cuộc nghiên cứu vũ trụ của các nhà thiên văn học chỉ căn cứ vào các sóng điện từ và quang phổ trong không gian, mà những thứ này chỉ hiện hữu trong vũ trụ vào khoảng 300 ngàn năm sau khi có vụ nổ Big Bang. Trái lại, cuộc thí nghiệm của chúng tôi tại LHC sẽ tìm hiểu vật chất được hình thành như thế nào ở thời điểm một phần tỷ giây đồng hồ sau Big Bang.”
Hoàng Tuấn
(*) Quarks, thành phần được coi là cực nhỏ của nguyên tử. Các khoa học gia thế giới thừa nhận, vật chất bao gồm các phân tử. Mỗi phân tử bao gồm nguyên tử, trong mỗi nguyên tử có protons, neutrons và electrons. Và quarks là đơn vị nhỏ nhất cấu thành protons và neutrons. Các khoa học gia cũng nhìn nhận, quarks bao giờ cũng hiện hữu thành từng cặp và được đặt cho những cái tên rất lạ như Up Quark và Down Quark; Charm Quark và Strange Quark; Top Quark và Bottom Quark. Từ năm 1976 trở về trước, các khoa học gia đinh ninh chỉ có 4 quarks là Up, Down, Charm và Strange. Đến năm 1977, bỗng nhiên các khoa học gia phát hiện thêm một quark thứ năm, đặt tên là Bottom Quark. Vì biết Quark bao giờ cũng đi thành từng cặp, nên các khoa học gia đua nhau lùng kiếm quark thứ sáu mệnh danh là Top Quark. Thoạt đầu, các khoa học gia đinh ninh cuộc tìm kiếm chỉ mất vài năm. Không ngờ, mãi 18 năm sau, vào tháng 2 năm 1995, trung tâm Fermilab mới chính thức công bố tìm ra Top Quark. Sự chậm trễ này là do trọng lượng của Top Quark đã vượt xa sự tưởng tượng của các khoa học gia: nặng gấp 35,000 lần so với Up Quark và Down Quark! Vì vậy, việc chế tạo ra Top Quark quá khó khăn và mất quá nhiều thời gian. Cho đến nay, các khoa học gia vẫn chưa hiểu được vì sao có sự khác biệt vô cùng lớn lao về trọng lượng giữa Top Quark và các loại quarks khác.
Gửi ý kiến của bạn
