Vũ trụ sơ khai "khát" điện tích

Hầu hết chúng ta đều cho rằng, sự sống không thể tiếp diễn nếu thiếu điện, nhưng trong giai đoạn ban đầu của vũ trụ, các điện tích thực sự không tồn tại. Các tính toán chỉ ra rằng, điện tích của các hạt cơ bản tiến về không khi vũ trụ ở vào khoảng vài phần của giây đầu tiên. Nguyên nhân nằm ở hành trạng của lực hấp dẫn.

Mô hình chuẩn của vật lý hạt đã miêu tả rất tốt thế giới các hạt cơ bản và các tương tác giữa chúng dựa trên 3 lực: yếu, mạnh và điện từ. Nhưng không hiểu sao, lực hấp dẫn vẫn lẫn trốn mô hình này.

Giải Nobel năm 1979 được trao cho Abdus Salam, Sheldon Glashow và Steven Weinberg do đã thống nhất được tương tác điện từ và tương tác yếu thành tương tác điện yếu. Hệ quả của thống nhất này là việc phát hiện ra các guage boson W và Z truyền tương tác. Các thí nghiệm năm 1983 đã tìm thấy các hạt này trong va chạm proton-phản proton.

Vào năm 2004, Frank Wilczek, David Gross và David Politzer giành được giải Nobel cho khám phá chỉ ra rằng các hạt tương tác bởi lực mạnh có cường độ giảm khi chúng trở nên gần nhau hơn (tính tiệm cận tự do). Trong cơ học lượng tử, khoảng cách bé cũng đồng nghĩa với việc cần có năng lượng lớn, như các photon có bước sóng rất ngắn, mới có thể thăm dò được ở cự ly này.

Điều này cho thấy, trong giai đoạn sơ khai của vũ trụ, có năng lượng rất lớn, lực mạnh có vị thế giảm đi rõ rệt so với hiện nay. Vì ở giai đoạn này, cường độ của các lực mạnh, yếu và điện từ là như nhau.

Năm 2006, Wilczek và Sean Robinson ở Viện công nghệ Massachusett, chỉ ra rằng lực điện từ cũng trở nên yếu hơn ở năng lượng cao nhưng chỉ với sự hiện diện của lực hấp dẫn, lực không hiện diện trong mô hình chuẩn (Phys. Res. Lett, DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.231601). Tuy nhiên, một lỗ hổng trong tính toán, khiến cho ý tưởng này vẫn còn đang gây tranh cãi. "Chúng tôi đã bỏ qua một số tính toán cồng kềnh nặng tính toán học," Wilczek cho biết.

Nhưng mới đây, David Toms ở Đại học Newcastle, Anh quốc, đã thực hiện lại các tính toán trên chặc chẽ hơn và cũng thu được kết quả giống như vậy. Với sự hiện diện của lực hấp dẫn, điện tích, đặc trưng cho cường độ tương tác của lực điện từ, có xu hướng tiến về không. "Nếu không có lực hấp dẫn, điện tích sẽ lớn hơn (với năng lượng cao hơn)," Toms cho biết. "Hấp dẫn thay đổi bức tranh này."

Phát kiến này liên hệ mật thiết với nổ lực thống nhất bốn lực cơ bản vào một bức tranh tương tác duy nhất. "Chúng ta đã tiến được một bước," Wilczek cho biết.

Máy gia tốc LHC tại CERN đặt gần Geneva có thể cung câp bằng chứng thực nghiệm cho ý tưởng này, nhưng sẽ chỉ xảy ra nếu vũ trụ có nhiều hơn các chiều đã biết (3 chiều không gian và 1 chiều thời gian). Vì trong không thời gian 4 chiều, các điện tích chỉ tiến đến không tại thang năng lượng vượt quá giới hạn thực nghiệm có thể trên trái đất.

Thới Ngọc Tuấn Quốc