Một hạt mới có thể là cánh cổng dẫn đến chiều không gian thứ 5, theo các nhà nghiên cứu

Bình luận Văn Thiện • 01:21, 10/02/21

Giúp NTDVN sửa lỗi

Một hạt giả định có thể hoạt động như một cánh cổng dẫn đến chiều không gian thứ 5 bị biến dạng, trung gian giữa các vũ trụ “sáng” và “tối”, theo một lý thuyết mới về vũ trụ.

Bạn sẽ cho rằng mô tả trên giống như trong phim khoa học viễn tưởng, nhưng nó thực sự là kết quả đáng kinh ngạc của một nghiên cứu gần đây nhằm làm sáng tỏ một số bí ẩn dai dẳng nhất trong khoa học.

Theo nghiên cứu mới được công bố vào tháng trước trên The European Physical Journal C, sự tồn tại của hạt lý thuyết này có thể "cung cấp một lời giải thích tự nhiên" cho sự phong phú của vật chất tối, một dạng vật chất không xác định chiếm phần lớn khối lượng của vũ trụ, và giải quyết các vấn đề nan giải về các hạt hạ nguyên tử được gọi là fermion.

Nghiên cứu cho biết thêm rằng “sự tồn tại của vật lý mới” có thể giải thích những bí ẩn cơ bản này bằng cách trình bày một mô hình vũ trụ với chiều thứ 5 mà các hạt giả định có thể truyền qua.

Nghiên cứu được tiến hành bởi Javier Castellano và Matthias Neubert, các nhà vật lý lý thuyết tại PRISMA + Cluster of Excellence tại Đại học Johannes Gutenberg, và Adrián Carmona, thành viên Athenea3i tại khoa vật lý lý thuyết và vũ trụ tại Đại học Granada.

Nhóm cho biết trong một email: “Chúng tôi đã nghiên cứu về một chủ đề tương tự trong một thời gian khá lâu”.

“Động cơ ban đầu của chúng tôi là giải thích nguồn gốc có thể có của các khối lượng fermion trong các lý thuyết với một chiều phụ bị biến dạng”.

Họ nói: “Chúng tôi biết rằng khối lượng của những thành phần này có một số đặc điểm riêng biệt, chúng đòi hỏi một lời giải thích”.

Các nhà nghiên cứu vẫn luôn đặt câu hỏi liệu 4 chiều mà con người có thể hiểu được — không gian và thời gian 3D — có thực sự là tất cả những gì vũ trụ phải cung cấp hay không, hay còn có chiều không gian thứ 5. Hướng nghiên cứu này đã tạo ra các phương trình trường 5 chiều thể hiện các tác động của một chiều phụ sẽ có đối với vũ trụ và thực tế.

Trong khi nghiên cứu các phương trình này liên quan đến khối lượng fermion, nhóm đã phác thảo sự tồn tại của một trường vô hướng mới liên quan đến một hạt lý thuyết gần giống với trường Higgs liên quan đến hạt boson Higgs nổi tiếng.

Nhóm nghiên cứu giải thích: “Chúng tôi nhận thấy rằng trường vô hướng mới có một hành vi thú vị, không tầm thường dọc theo chiều thứ 5. Vì hạt mới này có các tính chất lượng tử rất giống với hạt boson Higgs đã biết, rất tự nhiên khi cho rằng hai hạt nên trộn lẫn với nhau, nghĩa là các hàm sóng cơ lượng tử của chúng đan xen vào nhau”.

Các nhà nghiên cứu nói thêm: “Nghiên cứu sự pha trộn này là một trong những động cơ ban đầu của công trình này”.

Khi họ khảo sát giả thuyết này, các nhà vật lý nhận ra rằng hạt mới có thể cung cấp "một cánh cửa duy nhất" vào lãnh địa của vật chất tối vì nó có thể làm trung gian cho một lực mới kết nối vật chất tối và vật chất “sáng” mà hình thành các ngôi sao, hành tinh và mọi thứ khác mà chúng ta có thể phát hiện bằng kính thiên văn truyền thống.

Các nhà vật lý giải thích: “Nếu hạt nặng này tồn tại, nó nhất thiết sẽ kết nối vật chất nhìn thấy được mà chúng ta biết và chúng ta đã nghiên cứu chi tiết với các thành phần của vật chất tối, giả định rằng vật chất tối được cấu tạo từ các hạt fermion, sống trong chiều không gian phụ”.

Họ lưu ý: “Đây không phải là một ý tưởng xa vời, vì chúng ta biết rằng vật chất thông thường được tạo thành từ các fermion và nếu chiều không gian phụ này tồn tại, chúng rất có thể sẽ truyền vào trong đó”.

Các mô hình của hạt giả định không mâu thuẫn với bằng chứng quan sát thực tế về sự phong phú vật chất tối trong vũ trụ. Các nhà nghiên cứu cho biết, sự thống nhất chung này với các bằng chứng thực nghiệm, cùng với các tính toán khổng lồ trong nghiên cứu, chứng minh rằng hạt này có thể là “một sứ giả mới có thể đến vùng vật chất tối”.

Nhóm nghiên cứu cho biết: “Do đó, việc xác nhận sự tồn tại của một hạt vô hướng mới như vậy sẽ mở ra một con đường thú vị hướng tới việc khám phá ra vật chất tối. Điều này sẽ cung cấp cho chúng ta thông tin đặc biệt hữu ích về phạm vi khối lượng có thể có của vật chất tối và các tương tác của nó với các hạt mà chúng ta biết ngày nay”.

Bây giờ các nhà khoa học phải thực sự tìm kiếm nó. Boson Higgs cuối cùng đã được phát hiện bởi Máy va chạm Hadron Lớn (LHC) ở Thụy Sĩ vào năm 2012, một thành tựu đã giành được giải Nobel Vật lý. Tuy nhiên, LHC sẽ không được trang bị để tìm kiếm hạt được đề xuất trong bài báo mới, vì nó sẽ quá nặng để có thể tạo ra trong bất kỳ máy gia tốc hiện tại nào.

Các nhà nghiên cứu cho biết: “Do khối lượng lớn của nó, triển vọng cho việc khám phá trực tiếp dường như rất khó khăn ngay cả ở mức năng lượng cao được thảo luận đối với một chiếc máy 100 TeV”.

Mặc dù vậy, các nhà nghiên cứu tin rằng hạt này có thể được phát hiện gián tiếp hơn, chẳng hạn như thông qua việc quan sát các sóng hấp dẫn.

Các nhà nghiên cứu nói thêm: “Một khả năng khác mà chúng tôi chưa khám phá là hạt mới này có thể đóng một vai trò quan trọng trong lịch sử sinh học của vũ trụ và có thể tạo ra sóng hấp dẫn có thể được tìm kiếm bằng các thiết bị dò sóng hấp dẫn trong tương lai”.

Các nghiên cứu trong tương lai về vật chất tối cũng có thể giúp hạn chế tỷ lệ tồn tại của hạt, vì vậy nhóm nghiên cứu lạc quan rằng khái niệm chiều thứ 5 của họ sẽ phát triển cùng với những tiến bộ trong vật lý hạt và vũ trụ học. Ngoài những ý nghĩa của nó đối với việc hiểu vật chất tối, hạt mới, nếu nó tồn tại, có thể làm sáng tỏ những vấn đề khó giải thích lâu nay trong vật lý.

Các nhà nghiên cứu kết luận: “Người ta cũng có thể cố gắng tìm ra những cách mới để thăm dò hạt này ở các máy va chạm hadron trong tương lai. Như bạn có thể thấy, thực sự có rất nhiều thứ mà người ta có thể nghĩ ra!".

Văn Thiện

Theo vice



BÀI CHỌN LỌC

Một hạt mới có thể là cánh cổng dẫn đến chiều không gian thứ 5, theo các nhà nghiên cứu