Nội dung bài viết
Kết quả làm tiêu tan hy vọng về lực lượng thứ năm nhưng cung cấp bằng chứng rất chính xác về Mô hình Chuẩn và QFT.
Các nhà vật lý đã dành 20 năm qua để suy ngẫm về sự khác biệt rõ ràng giữa kết quả thực nghiệm và dự đoán lý thuyết về tính chất từ của muon, người anh em nặng hơn của electron – một sự không khớp cho thấy có thể có lực thứ năm.
Nhưng theo một bài báo mới đăng trên tạp chí Nature, sự khác biệt là do một sự ngẫu nhiên trong tính toán, chứ không phải vật lý mới thú vị, vì vậy Mô hình Chuẩn của vật lý hạt vẫn còn vững chắc.
Đồng tác giả Zoltan Fodor, một nhà vật lý tại Đại học bang Pennsylvania, cho biết: “Có rất nhiều tính toán trong khoảng 60 năm qua và khi chúng ngày càng chính xác hơn, tất cả chúng đều chỉ ra sự khác biệt và một tương tác mới có thể đảo ngược các định luật vật lý đã biết”.
"Chúng tôi đã áp dụng một phương pháp mới để tính toán số lượng chênh lệch này và chúng tôi đã chỉ ra rằng nó không có ở đó. Tương tác mới mà chúng tôi hy vọng đơn giản là không có ở đó.
Các tương tác cũ có thể giải thích hoàn toàn giá trị." Như đã báo cáo trước đây, muon (một thành viên của phân loại lepton) là anh em họ thế hệ thứ hai nặng hơn của electron—tau là anh em họ thế hệ thứ ba—và t hat làm cho muon đặc biệt nhạy cảm với các hạt ảo xuất hiện và tồn tại trong chân không lượng tử, vì chúng có thể tương tác trong thời gian ngắn với các hạt ảo đó.
Muon đặc biệt đối với các nhà vật lý vì chúng đủ nhẹ để có nhiều nhưng cũng đủ nặng để sử dụng trong thực nghiệm nhằm thăm dò tính chính xác của Mô hình Chuẩn của vật lý hạt.
Muon có một nam châm bên trong và xung lượng góc (spin); “g” (“hằng số tỷ lệ”) đề cập đến tỷ lệ giữa cường độ bên trong của nam châm và tốc độ hồi chuyển. Nam châm của muon thường quay để thẳng hàng dọc theo trục của từ trường, giống như la bàn trong từ trường Trái đất.
Nhưng do xung lượng góc của muon nên điều này không xảy ra; thay vào đó, trường tác dụng một mô-men xoắn lên mô men từ quay của muon, khiến nó tiến động quanh trục của trường.
Bởi vì muon có thể tương tác với các hạt ảo, nên giá trị của g khác với giá trị cổ điển là 2 khoảng 0,1 phần trăm – vì vậy về mặt kỹ thuật nó được gọi là mômen từ dị thường của muon.
Thí nghiệm Muon g-2 (phát âm là “gee trừ hai”) được thiết kế để tìm kiếm những dấu hiệu hấp dẫn của vật lý vượt ra ngoài phạm vi Mô hình chuẩn của vật lý hạt.
Nó thực hiện điều này bằng cách thực hiện các phép đo chính xác về sự dao động xảy ra khi một muon được đặt trong từ trường, phản ứng với các hạt ảo xuất hiện và biến mất.
Nếu giá trị của sự dao động không phù hợp với dự đoán chính xác của Mô hình Chuẩn, thì đó là một dấu hiệu rõ ràng rằng một số vật lý mới có thể có liên quan.
Kết quả cuối cùng, được công bố vào năm 2006, đã tìm thấy một sự khác biệt đáng chú ý với giá trị tiên đoán của Mô hình Chuẩn: Mô men nam châm đo được của muon có giá trị nhỏ hơn. Điều thú vị hơn nữa là kết quả đó được coi là hiệu ứng 3,7 sigma.
(Cường độ của tín hiệu được xác định bằng số độ lệch thống kê tiêu chuẩn, hay sigma, so với nền dự kiến trong dữ liệu, tạo ra một “cú va chạm” để nhận biết. Số liệu này thường được so sánh với việc một đồng xu rơi trúng mặt nhiều lần liên tiếp.
Kết quả ba sigma là một gợi ý mạnh mẽ.
Tiêu chuẩn vàng để khẳng định khả năng khám phá là kết quả năm sigma, có thể so sánh với việc tung 21 mặt ngửa liên tiếp chẳng hạn.) Điều đó nói lên rằng, các kết quả ba sigma, mặc dù rất hấp dẫn, nhưng luôn xuất hiện trong vật lý hạt, và thường thì chúng biến mất khi có thêm dữ liệu vào hỗn hợp.
So Fermilab đã hồi sinh thí nghiệm Muon g-2 với hy vọng xác nhận hoặc bác bỏ sự khác biệt. Các nhà vật lý Fermilab đã hoàn thành phân tích ban đầu của họ về dữ liệu từ thí nghiệm Muon g-2 được cập nhật, cho thấy “sự đồng ý tuyệt vời” với sự khác biệt mà Brookhaven ghi lại.
Kết hợp lại với nhau, chúng đã nâng ý nghĩa thống kê lên 4,2 sigma – đang bấp bênh ở ngưỡng cần thiết để khám phá. Các thí nghiệm gần đây đã nhận được Giải thưởng Đột phá về Vật lý Cơ bản.
Phép đo mới nhất này tập trung vào các hiệu ứng lực mạnh, đặc biệt là “sự phân cực chân không hadronic”, phát sinh khi các quark và gluon tương tác trong khuôn khổ lý thuyết sắc động lực học lượng tử (QCD).
Các tác giả đã áp dụng phương pháp kết hợp, kết hợp mô phỏng máy tính quy mô lớn mạnh mẽ với dữ liệu thực nghiệm. “Phương pháp cũ liên quan đến việc thu thập hàng nghìn kết quả thí nghiệm và diễn giải lại chúng để thu được một con số duy nhất, mô men từ của muon,” Fodor nói.
"Cách tiếp cận của chúng tôi hoàn toàn khác. Chúng tôi chia không-thời gian thành các ô rất nhỏ, một mạng, sau đó chúng tôi giải các phương trình của Mô hình Chuẩn trên đó.
Có rất nhiều lý thuyết, toán học, lập trình, v.v." kiến thức tính toán và kiến trúc máy tính đằng sau phép tính này.” Phải mất 10 năm để thực hiện những phép tính phức tạp đó, nhưng khi chúng được thực hiện xong. Fodor và cộng sự.
nhận thấy kết quả của họ phù hợp với Mô hình Chuẩn với sai số bằng một nửa độ lệch chuẩn và giảm xuống còn 11 chữ số thập phân. Đó là phép tính chính xác nhất từng đạt được, chính xác đến từng phần tỷ.
Mặc dù các kết quả không loại trừ hoàn toàn nền vật lý mới khả dĩ như lực thứ năm, nhưng chúng còn hạn chế hơn nữa những lĩnh vực mà vật lý mới có thể ẩn nấp. Fodor nói: “Mọi người hỏi tôi cảm thấy thế nào khi thực hiện khám phá này và thành thật mà nói, tôi cảm thấy hơi buồn.
“Khi chúng tôi bắt đầu tính toán con số này, chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi sẽ có một phép tính tốt và đáng tin cậy cho lực lượng thứ năm mới. Thay vào đó, chúng tôi nhận thấy không có lực thứ năm.
Chúng tôi đã tìm thấy một bằng chứng rất chính xác không chỉ về Mô hình Chuẩn mà còn về lý thuyết trường lượng tử, nền tảng mà Mô hình Chuẩn được xây dựng trên đó.” Thiên nhiên, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10449-z ( Giới thiệu về DOI ).
Ars Technica đã tách tín hiệu khỏi tiếng ồn trong hơn 25 năm. Với sự kết hợp độc đáo giữa hiểu biết về kỹ thuật và sự quan tâm sâu rộng đến công nghệ về nghệ thuật và khoa học, Ars là nguồn đáng tin cậy trong biển thông tin.
Suy cho cùng, bạn không cần phải biết mọi thứ, chỉ cần biết những gì quan trọng.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.