Phát hiện hạt mới

38

Phát hiện hạt mới

Tháng 1 năm 1983 được đánh dấu bằng một sự kiện lớn trong lịch sử vật lý. Tại Geneva, Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) công bố phát hiện ra một hạt mới - boson W. Hạt được sinh ra trong sự va chạm của một proton và một phản proton, được gia tốc tới năng lượng 270 GeV (1 GeV = 10³ MeV = 10⁹ EV) mỗi hạt.

Hiện tượng này cực kỳ hiếm. Trong hai tháng hoạt động của cơ sở đăng ký, chỉ có sáu trường hợp sản xuất boson W (hai trường hợp nữa được báo cáo bởi một nhóm nhà vật lý khác).

Việc phát hiện ra hạt mới rất được mong đợi. Và không phải ngẫu nhiên: sự tồn tại của nó đã được dự đoán về mặt lý thuyết từ vài năm trước. Thực tế là boson là “nhân vật chính” của lý thuyết tương tác điện yếu, một lý thuyết thống nhất về các quá trình điện từ và yếu (các tác giả của nó là S. Weinberg, S. Glashow và A. Salam đã nhận được giải Nobel năm 1979). Chúng liên quan đến trường tương tác yếu - tương tác tự biểu hiện, chẳng hạn như trong quá trình phân rã beta của hạt nhân. Những hạt này là lượng tử của trường yếu, tương tự như photon là lượng tử của trường điện từ.

Họ lượng tử yếu gồm ba hạt: W⁺, W⁻ và Z⁰; hai cái đầu tiên được tích điện, cái cuối cùng là trung tính. Với sự giúp đỡ của họ, nhiều phép biến đổi được thực hiện trong thế giới của các hạt cơ bản.

Khi tôi nói về các bộ phận mới, tôi chưa bao giờ nhìn thấy chúng trong bất kỳ thí nghiệm nào, và điều này khiến các nhà khoa học vô cùng khó chịu. Tuy nhiên, lý thuyết này không chỉ dự đoán sự tồn tại của chúng mà còn cả khối lượng của chúng: 78 GeV đối với W⁺ và W⁻ và 89 GeV đối với Z⁰ (hãy nhớ rằng trong vật lý hạt, khối lượng thường không được biểu thị bằng đơn vị khối lượng mà bằng đơn vị năng lượng).

Việc chuẩn bị cho các thí nghiệm kéo dài hai năm, và cuối cùng những chiếc bazon đầu tiên đã được ghi lại bằng các nhạc cụ. Các thí nghiệm (người đứng đầu họ là nhà vật lý người Ý Rubbin) được thực hiện với các điểm va chạm của proton và phản proton, trong các va chạm của chúng, vi phạm các hạt khác, các boson W được cho là đã ra đời:

$$p + \bar{p} \rightarrow W + \text{что угодно.}$$

Tất nhiên, thứ bị “bắt giữ” không phải là bản thân boson mà là sự phân rã tiếp theo của nó (đó là lý do tại sao tên đầy đủ hơn của hạt mới là boson trung gian). Ví dụ, một boson W dương bẩm sinh phân hủy thành positron và neutrino:

$$W^{+} \rightarrow e^{+} + v.$$

Điều đáng ngạc nhiên là các ước tính thực nghiệm về khối lượng của boson W - (81 ± 5) GeV - hóa ra lại rất gần với lý thuyết (việc cộng thêm ±5 GeV là ước tính về độ chính xác của thí nghiệm; giá trị thực tế nằm trong khoảng từ 76 đến 86 GeV). Điều này khiến người ta có thể coi các thí nghiệm về trọng lượng được thực hiện là hợp lý.

Có thể nói rằng hiện nay lý thuyết về tương tác điện từ và tương tác yếu đã nhận được sự chứng minh bằng thực nghiệm. Tất nhiên, mặc dù vẫn còn rất nhiều công việc phía trước - chúng ta cần tích lũy các trường hợp sản xuất boson W tương tự, làm rõ các tính chất của chúng và cuối cùng, chúng ta cũng cần phải “bắt” được boson trung tính.

TÔI Ở VỚI.