Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà vật lý lý thuyết đang nghiên cứu một lý thuyết vượt ra ngoài Mô hình Chuẩn của vật lý hạt. Yếu tố trung tâm là một chiều phụ trong không thời gian. Cho đến nay, các nhà khoa học phải đối mặt với một vấn đề là những tiên đoán về lý thuyết của họ không thể được kiểm tra bằng thực nghiệm.
Các nhà vật lý lý thuyết của PRISMA + Cluster of Excellence tại Đại học Johannes Gutenberg Mainz đang nghiên cứu một lý thuyết vượt ra ngoài Mô hình Chuẩn của vật lý hạt và có thể trả lời các câu hỏi mà Mô hình Chuẩn phải vượt qua – ví dụ, đối với các phân cấp của khối lượng của các hạt cơ bản hoặc sự tồn tại của vật chất tối. Yếu tố trung tâm của lý thuyết là một chiều phụ trong không thời gian. Cho đến nay, các nhà khoa học phải đối mặt với một vấn đề là những tiên đoán về lý thuyết của họ không thể được kiểm tra bằng thực nghiệm. Hiện họ đã khắc phục được vấn đề này trong một công bố trên Tạp chí Vật lý Châu Âu C (European Physical Journal C) số hiện tại .
Ngay từ những năm 1920, trong nỗ lực thống nhất lực hấp dẫn và lực điện từ, Theodor Kaluza và Oskar Klein đã suy đoán về sự tồn tại không thời gian của một chiều phụ ngoài 3 chiều không gian và thời gian quen thuộc – trong vật lý được kết hợp thành 4 chiều. Nếu nó tồn tại, một chiều không gian mới như vậy sẽ phải rất nhỏ và khó nhận ra đối với mắt người. Vào cuối những năm 1990, ý tưởng này đã chứng kiến một thời kỳ phục hưng đáng chú ý, khi người ta nhận ra rằng sự tồn tại của chiều thứ năm có thể giải quyết một số câu hỏi mở sâu sắc của vật lý hạt.
20 năm sau, nhóm của Matthias Neubert – từ năm 2006 thuộc khoa Đại học Johannes Gutenberg ở Mainz (Đức) và là người phát ngôn của PRISMA + Cluster of Excellence – đã có một khám phá bất ngờ khác: họ phát hiện ra rằng các phương trình trường 5 chiều đã tiên đoán về sự tồn tại của một loại hạt nặng, mới có các tính chất tương tự như hạt boson Higgs nổi tiếng nhưng có khối lượng nặng hơn nhiều – trên thực tế, nó nặng đến mức không thể tạo ra nó ngay cả ở máy va chạm hạt có năng lượng cao nhất trên thế giới: Large Hadron Máy va chạm (LHC) tại Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu CERN gần Geneva (Thụy Sĩ). “Đó là một cơn ác mộng,” Javier Castellano Ruiz, một nghiên cứu sinh tham gia nghiên cứu, nhớ lại, “chúng tôi rất phấn khích trước ý tưởng rằng lý thuyết của chúng tôi dự đoán một hạt mới”
Đường vòng qua chiều thứ năm
Trong một bài báo gần đây được xuất bản trên Tạp chí Vật lý Châu Âu C, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một giải pháp ngoạn mục cho tình huống khó xử này. Họ phát hiện ra rằng hạt được đề xuất của họ nhất thiết sẽ làm trung gian cho một lực mới giữa các hạt cơ bản đã biết (vũ trụ nhìn thấy của chúng ta) và vật chất tối bí ẩn (vùng tối). Ngay cả sự phong phú của vật chất tối trong vũ trụ, như được quan sát trong các thí nghiệm vật lý thiên văn, cũng có thể được giải thích bằng lý thuyết của chúng. Điều này cung cấp những cách mới thú vị để tìm kiếm các thành phần của vật chất tối – theo nghĩa đen là thông qua một con đường vòng qua chiều không gian phụ – và thu được manh mối về vật lý học ở giai đoạn rất sớm trong lịch sử vũ trụ của chúng ta, khi vật chất tối được tạo ra .
Matthias Neubert, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Sau nhiều năm tìm kiếm những xác nhận khả thi về các dự đoán lý thuyết của chúng tôi, cuối cùng – hy vọng của chúng tôi – hạt mới có thể được phát hiện đầu tiên thông qua các tương tác của nó với khu vực tối.”
Ví dụ này minh họa một cách độc đáo sự tác động qua lại hiệu quả giữa khoa học cơ bản thực nghiệm và lý thuyết – một dấu hiệu nổi bật của PRISMA + Cluster of Excellence.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Johannes Gutenberg Universitaet Mainz cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :