[TinDaChieu] Một trong những lý thuyết vĩ đại thách thức các nhà vật lý học phải đối mặt là làm cách nào hiểu được những hạt siêu nhỏ cấu thành nên hầu hết mọi thứ trong vũ trụ mà chúng ta nhìn thấy được.

Hình minh họa

Những hạt siêu nhỏ, được gọi là hạt quark và gluon, là những khối tạo nên những hạt lớn hơn như proton và neutron, rồi tiếp đó những hạt này lại hình thành nên hạt nguyên tử. Tuy nhiên, hạt quark và gluon hoạt động rất khác biệt so với những hạt lớn hơn kia, khiến cho chúng khó nghiên cứu hơn.

John Negele, Giáo sư vật lý ở MIT, đã nói về các lý thuyết tương tác giữa các hạt quark và gluon, được gọi là động học lượng tử (QCD), trong một bài thuyết trình vào ngày 17-2 tại Hội nghị thường niên của Hiệp hội Mỹ vì sự tiến bộ khoa  học  ở Boston.

Ông Negele mô tả cách mà các nhà khoa học đang sử dụng những siêu máy tính và khái niệm về một lý thuyết được gọi là trường lưới để tìm ra nguyên lý hoạt động của các hạt quark và gluon, những hạt nhỏ nhất mà chúng ta biết.

“Công cuộc tìm kiếm để hiểu được những khối xây dựng cơ bản của tự nhiên đã dẫn đến việc thăm dò các lớp kế tiếp  nhau gồm  những thế giới bên trong những thế giới”, Giáo sư Negele nói, ông cũng đang giữ một chức vụ ở Phòng thí nghiệm của tổ chức MIT trong lĩnh vực Khoa học Hạt nhân.

Các phân tử được tạo nên từ các nguyên tử, nguyên tử  là từ các electron và hạt nhân nguyên tử, hạt nhân nguyên tử là từ các proton và neutron. Những mối tương quan đó đã được hiểu rõ ràng. Bước kế tiếp trong quá trình này là làm sáng tỏ mối tương quan của các hạt quark và gluon, vốn khác hẳn so với các hạt lớn hơn và đòi hỏi phải có cách tiếp cận khác để nghiên cứu chúng.

Có vài yếu tố đã  khiến cho việc nghiên cứu những mối tương quan giữa các hạt quark và gluon trở nên phức tạp hơn. Một trong những yếu tố đó là hạt quark bị giới hạn bên trong các hạt lớn hơn, nên chúng không thể bị tách rời và nghiên cứu độc lập. Ngoài ra, lực giữa hai hạt quark trở nên lớn hơn khi chúng di chuyển ra xa nhau, trong khi lực giữa hạt nhân và một electron, hay hai nucleon trong hạt nhân, lại trở nên yếu hơn khi khoảng cách giữa chúng tăng lên.

Những khác biệt này có thể được giải thích bằng tính chất tự do tiệm cận, nhờ đó mà David Gross, David Plitzer và Frank Wilczek của MIT, Giáo sư vật lý Herman Feshbach (1942) đã đồng đoạt giải Nobel năm 2004. Tính chất này mô tả làm thế nào mà các lực được tạo bởi sự trao đổi của các gluon trở nên yếu hơn khi các hạt quark tiến đến gần nhau hơn và trở nên mạnh hơn khi các hạt quark bị tách xa ra. Kết quả là, không một phương pháp phân tích nào đã từng  được dùng để giải quyết thành công các vấn đề của vật lý nguyên tử và hạt nhân mà có thể sử dụng để phân tích hạt quark và gluon.

Thay vào đó, các nhà vật lý học sử dụng lý thuyết trường lưới để nghiên cứu tương tác QCD. Sử dụng siêu máy tính lớn, các nhà nghiên cứu có thể phân tích QDC bằng việc biểu diễn không gian – thời gian dưới dạng một tấm lưới bốn chiều  gồm những điểm riêng biệt, giống như một tinh thể.

Các tính toán đang được thực hiện bởi các máy tính được chế tạo đặc biệt cho mục đích này, ví dụ như 360-teraflop BlueGene/L tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore.

Trong bài phát biểu của mình, ông Negele mô tả những ý tưởng cơ bản về cách mà QCD được giải quyết bằng cách sử dụng một mạng lưới không gian – thời gian và sẽ hiển thị những kết quả được chọn lọc của các tính toán về tính chất cơ bản của proton, neutron và các hạt tương tác mạnh khác.

Dịch từ: pureinsight.org, web.mit.edu

Các bài viết liên quan:

Lần đầu chế tạo thành công ‘phản vật chất’ Hiểu đúng về sự cố hạt nhân Nhật Bản Phản ứng phân hạch: lợi và hại? Mây phóng xạ lan ra nhiều khu vực Xếp hạng các thảm hoạ hạt nhân Bên trong ‘cỗ quan tài bê tông’ ở Chernobyl Thỏ không tai xuất hiện gần nhà máy Fukushima Bí mật của chú chó đầu tiên bay vào vũ trụ