Sau khi đẩy những hạt muon nhỏ, tương tự như electron, qua một vòng có đường kính khoảng 15 mét tại Fermilab của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tại Batavia, Illinois, các nhà nghiên cứu đã đo thấy sự “dao động” từ tính của muon không thể được giải thích bằng Mô hình Tiêu chuẩn của vật lý hạt. Điều này có thể gợi ý đến một lực thứ năm của tự nhiên mà chúng ta chưa từng biết đến.
Muon (phát âm là mew-on) là một hạt có từ tính và mang điện tích âm tương tự như người anh em họ của nó là electron nhưng nặng gấp 200 lần. Các hạt muon hình thành một cách tự nhiên khi các tia vũ trụ tấn công bầu khí quyển của Trái đất. Điều quan trọng là các hạt này cũng có từ tính và dao động khi chúng quay trong một từ trường mạnh.
Các kết quả mới ủng hộ những phát hiện trước đó từ năm 2021 nhưng dựa trên một lượng dữ liệu được phân tích nhiều hơn gấp bốn lần. Do đó, chúng củng cố thêm cho tuyên bố về một “vật lý mới”.
Các nhà khoa học từ Fermilab đã trình bày chi tiết công trình của họ trong một bài báo nghiên cứu được gửi tới tạp chí Physical Review Letters.
Tác giả nghiên cứu Brendan Casey, nhà khoa học cấp cao tại Fermilab, cho biết: “Chúng tôi đang tìm kiếm một dấu hiệu cho thấy muon đang tương tác với thứ gì đó mà chúng ta chưa biết. Nó có thể là bất cứ thứ gì - hạt mới, lực mới, chiều không gian mới, tính chất mới của không-thời gian, hay bất cứ điều gì khác”.
Casey đưa ra giả thuyết rằng các kết quả gợi ý về một “tính chất mới của không-thời gian” hoặc sự vi phạm bất biến Lorentz, một nguyên lý phát biểu rằng các định luật vật lý giống nhau ở mọi nơi.
Ông nói: "Đó sẽ là một điều điên rồ và mang tính cách mạng”.
Trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học đã cố gắng hiểu rõ điều gì đang xảy ra tại cấp độ “hạ nguyên tử”, các hạt nhỏ hơn nguyên tử. Nguyên tử, đơn vị cơ bản của vật chất mà chúng ta có thể nhìn thấy và chạm vào, thường kết hợp với nhau để tạo thành các phân tử (từ đó tạo thành chất rắn, chất lỏng và chất khí).
Các nhà vật lý mô tả cách vũ trụ hoạt động ở cấp độ hạ nguyên tử này bằng một lý thuyết được phát triển vào đầu những năm 1970 gọi là Mô hình Chuẩn. Lý thuyết này đề xuất rằng mọi thứ trong vũ trụ đều được tạo thành từ một số ít khối xây dựng cơ bản gọi là các hạt cơ bản. Về phần mình, các hạt này lại chịu sự chi phối của bốn loại lực – lực mạnh, lực yếu, lực điện từ và lực hấp dẫn.
Trong thế kỷ 20, Mô hình Chuẩn đã trở thành một lý thuyết vật lý đã được thử nghiệm kỹ lưỡng và đã dự đoán chính xác nhiều loại hiện tượng. Tuy nhiên, mô hình này không thể giải thích một số bí ẩn sâu sắc nhất trong vật lý hiện đại, bao gồm cả vật chất tối được tạo thành từ thứ gì và sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ.
Để giúp giải quyết những bí ẩn nói trên, các nhà nghiên cứu đã tìm kiếm các hạt có những hành xử khác với kỳ vọng trong Mô hình Chuẩn. Các thí nghiệm gần đây tại Fermilab, được gọi là Muon g-2, đã nghiên cứu sự dao động của các hạt muon khi chúng di chuyển trong một từ trường. Muon, giống như electron, có một nam châm cực nhỏ bên trong khiến nó dao động – hay nói theo cách kỹ thuật là “tiến động” – giống như trục của một con quay.
Thí nghiệm Fermilab, được tiến hành ở nhiệt độ vô cùng lạnh - 268 độ C, đã bắn các chùm muon vào vòng tròn chứa từ trường siêu dẫn hình như chiếc bánh donut có đường kính 15 mét. Các muon di chuyển hàng nghìn lần trong vòng tròn với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng trong khi các nhà khoa học cố gắng đo xem chúng “dao động” như thế nào theo thời gian.
Khi các muon di chuyển vòng quanh, chúng sẽ tương tác với các hạt hạ nguyên tử khác. Các hạt này giống như những “bạn nhảy” nhỏ bé, làm thay đổi sự dao động của muon. Các máy dò dọc theo vòng tròn cho phép các nhà khoa học xác định các muon “tiến động” nhanh như thế nào.
Theo lý thuyết, “momen từ” của muon – đo lường khả năng của một hạt nằm thẳng hàng với từ trường - phải lớn hơn 2 một chút. Tuy nhiên, các phép đo mới được công bố cho thấy momen từ của muon mạnh hơn khoảng 0,2 phần triệu, một lượng nhỏ nhưng đáng kể.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu vẫn đang làm việc để tích hợp thêm dữ liệu của ba năm nữa để có một sự đo lường rõ ràng về “momen từ” của muon. Nhưng sau cùng, các phát hiện mới tiếp tục gợi ý về một số yếu tố bí ẩn đang diễn ra – có khả năng là “các hạt hoặc lực chưa biết” có tầm quan trọng có thể sánh ngang với việc khám phá ra Higgs Boson vào năm 2012.
Theo Daily Mail
Văn Thiện biên dịch
