HẠT MUON & NHỮNG LỰC MỚI

  

96B

HẠT MUON & NHỮNG LỰC MỚI 

(MUON &NEW FORCES)

NHẬP ĐỀ 

Nghiên cứu chuyển động của hạt muon trong từ trường người ta tìm thấy một sự đung đưa (wobble ) của spin muon không giải thích được trong phạm vi SM (Standard Model-Mô hình chuẩn).Kết quả này có thể dẫn đến sự phát hiện những hạt MỚI và các lực MỚI ngoài phạm vi SM.

Sự đung đưa (WOBBLE) ở đây là những biến đổi hướng của spin (ngoài các tuế sai-precession thông thường) làm spin chệch khỏi hướng chuyển động (xem hình 2).

HẠT  MUON

Hạt muon là hạt sóng đôi với electron , nặng hơn electron 200 lần.

THÍ NGHIÊM MUON/g-2

Trong thí nghiệm này người ta cho hạt muon đi vào một vòng (ring) có từ trường và đo sự đung đưa (wobble) của spin  muon  và thấy rằng muon không hành xử như tiên đoán của lý thuyết.

Phải chăng đây là một “phát hiện “ (discovery)? .Sự đung đưa của spin có thể do tương tác với các hạt ảo MỚI sinh và hủy trong chân không ?

Nếu có những hạt MỚI ngoài những hạt ta đã biết chúng có thể xuất hiện như những hạt ảo và gây tác động lên spin của muon.

Trước đây Fermi lab cũng đã đo sự đung đưa (lắc lư) của spin muon song kết quả có một sai khác với dữ liệu

Thí nghiệm Muon/g-2 chứng tỏ rằng mặc dầu SM (Standard Model)là rất đẹp song chưa mô tả được thế giới mà chỉ mô tả được một phần. 

 Tương tự như  electron , muon có điện tích và SPIN , điều này làm cho muon tương tự như những nam châm nhỏ (magnet) và người ta phân biệt muon phải (chuyển động cùng chiều với spin )và muon trái (chuyển động ngược chiều với spin)

Tốc độ tuế sai (precession) phụ thuộc vào magnet muon và tỷ lệ với số g.Theo SM thì không có hiện tượng đung đưa(wobble) của spin muon thì g=2.

                                                            Hình 1

Thừa số chân không

Nếu muon nằm riêng thì spin của nó không đung đưa ,lắc lư. Song trong chân không có nhiều hạt ảo sinh và hủy liên tục do thăng giáng năng lượng chân không.Các nhà vật lý có thể tính độ đung đưa (lắc lư ) do tương tác của các hạt đã biết . Song nếu tồn tại những hạt MỚI thì độ đung đưa (lắc lư) sẽ khác . Những hạt mới đó có thể là hạt SMUON &NEUTRALINO , những hạt siêu đối xứng.

 

                                                                    Hình 2

Kết quả

Các nhà khoa học thực hiện thí nghiệm Muon/g-2 tìm thấy một độ đung đưa (lắc lư)  khác với tiên đoán của SM.Nếu không có các hạt ảo MỚI thì g-2 =0.Song nếu tồn tại các hạt ảo MỚI  thì  g>2 và spin chệch khỏi hướng chuyển động và người ta đoán nhận rằng các hạt MỚI đã có góp phần làm chệch thừa số g -2 . 

Chúng ta có thể hình dung các hạt ảo là những bạn đồng hành mà muon nhả ra rồi hút lại lập tức . Chúng đi theo muon như một đám mây làm thay đổi tính chất từ và do đó ảnh hưởng đến tuế sai (precession) của spin. 

Trong phạm vi SM người ta không có cách gì để thay đổi g được .

Mãi đến năm 2001 người ta không giải thích được sự sai khác của SM trong tính toán . Tác giả [1] cùng cộng sự đưa ra lý giả thuyết dựa trên siêu đối xứng (supersymmetry)

Siêu đối xứng cho phép thống nhất SM với vật chất tối và giải thích  sự áp đảo vật chất so với phản vật chất và cũng cho ta giải thích thí nghiệm Muon/g-2.

Những hạt siêu đối xứng cho chúng ta thấy sự đung đưa (lắc lư) của spin muon là nhanh hơn so với tiên đoán của SM.

Giả thuyết của các nhà vật lý đưa ra 3 loại hạt :

1/nhẹ và yếu (cỡ Higgs boson nhẹ) +  tương tác mới tương ứng

2/nặng và mạnh (cỡ Higgs boson nặng)+  tương tác mới tương ứng so sánh được với tương tác yếu và điện từ .

3/một loại hạt gọi là leptoquark –một loại hạt có tính chất quark và lepton.

Các nhà vật lý còn kiến thiết những kịch bản trong đó các hạt MỚI giải thích được độ đung đưa (lắc lư)  của spin muon (ngoài ra có thể  cho phép hiểu được những bí ẩn của vật chất tối và vì sao vật chất lại áp đảo phản vật chất trong vũ trụ) .

Người ta thường nói hạt muon thường gây nên những bất ngờ, quả đúng như vậy .

KẾT LUẬN

Các kết quả thí  nghiệm Muon/g-2 có thể đánh giá là một phát hiện quan trọng  .Việc giải thích hiện tương đung đưa (wobble ) của spin muon trong từ trường dẫn đến những hạt MỚI + những tương tác MỚI trong vật lý ngoài những hạt  và tương tác trong SM.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Marcela Carena ,THE UNIVERSE UNSEEN,A mismatch between theory and experiment from muons points to possible new particles and forces of nature ,SA 10/2021 PAGE 56

[2] Cao Chi ,Vật lý hiện đại,NXB Tri Thức ,2011.