LHC có thể sẽ là cỗ máy thời gian đầu tiên của thế giới

Nếu như lí thuyết mới nhất của Tom Weiler và Chui Man Ho là đúng, thì Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) – cỗ máy va chạm hạt lớn nhất thế giới đã đi vào hoạt động thường xuyên hồi năm ngoái – có thể sẽ là cỗ máy đầu tiên có khả năng làm cho vật chất du hành ngược dòng thời gian.

Hai nhà vật lí lí thuyết Thomas Weiler, phải, và Chui Man Ho. Ảnh: John Russell /Đại học Van derbilt

“Lí thuyết của chúng tôi là một phát đạn dài”, Weiler thừa nhận, ông là giáo sư vật lí tại trường Đại học Vanderbilt, “nhưng nó không vi phạm bất kì định luật vật lí hay ràng buộc thực nghiệm nào”.

Một trong những mục tiêu chính của LHC là tìm ra boson Higgs vốn hay lảng tránh: hạt mà các nhà vật lí viện dẫn để giải thích tại sao các hạt như proton, neutron và electron lại có khối lượng. Nếu như cỗ máy va chạm thành công trong việc tạo ra boson Higgs, thì một số nhà khoa học dự đoán rằng nó sẽ đồng thời tạo một hạt thứ hai gọi là hạt đơn Higgs.

Theo lí thuyết của Weiler và Ho, những hạt đơn này sẽ có khả năng nhảy vào một chiều kích bổ sung thứ năm trong đó chúng có thể di chuyển tới lui trong thời gian và xuất hiện trở lại trong tương lai hoặc quá khứ.

“Một trong những cái hấp dẫn với phương pháp du hành thời gian như thế này là nó tránh được toàn bộ những nghịch lí quan trọng”, Weiler nói. “Vì du hành thời gian bị hạn chế với những hạt đặc biệt này, cho nên không có khả năng cho một người đi ngược dòng thời gian và giết chết cha mẹ mình trước khi bản thân anh ta chào đời, chẳng hạn. Tuy nhiên, nếu các nhà khoa học có thể điều khiển sự sản sinh các hạt đơn Higgs, thì họ cũng có thể gửi tin nhắn đến quá khứ hoặc tương lai”.

Bóc tách “brane”

Việc kiểm tra lí thuyết của các nhà nghiên cứu trên sẽ là các nhà vật lí theo dõi xem cỗ máy va chạm có bắt đầu nhìn thấy các hạt đơn Higgs và các sản phẩm phân hủy của chúng có xuất hiện tự phát hay không. Nếu có thì Weiler và Ho tin rằng chúng sẽ được tạo ra bởi các hạt đi ngược thời gian để xuất hiện trước khi các va chạm tạo ra chúng.

Lí thuyết của Weiler và Ho xây dựng trên lí thuyết M, một “lí thuyết của tất cả”. Một nhóm nhỏ các nhà vật lí lí thuyết đã phát triển lí thuyết M đến chỗ nó có thể dung dưỡng tính chất của mọi hạt hạ nguyên tử và lực đã biết, kể cả lực hấp dẫn, nhưng nó đòi hỏi 10 hoặc 11 chiều thay vì bốn chiều quen thuộc của chúng ta. Điều này dẫn tới đề xuất rằng vũ trụ của chúng ta có thể giống như một cái màng hay một “brane” bốn chiều trôi nổi trong một không-thời gian đa chiều gọi là “bulk”.

Theo quan điểm này, những viên gạch cấu trúc cơ bản của vũ trụ dính chặt vĩnh viễn vào brane và vì thế không thể đi vào những chiều khác. Tuy nhiên, có một số ngoại lệ. Một số người cho rằng lực hấp dẫn, chẳng hạn, yếu hơn những lực cơ bản khác vì nó khuếch tán sang những chiều khác. Một ngoại lệ có khả năng nữa là hạt đơn Higgs như đề xuất, hạt phản ứng với sự hấp dẫn nhưng không phản ứng với bất kì lực cơ bản nào khác.

Câu trả lời nằm ở các neutrino?

Weiler bắt đầu nghiên cứu sự du hành thế giới cách đây sáu năm trước để giải thích nhưng dị thường quan sát thấy trong một vài thí nghiệm với các neutrino. Neutrino mệnh danh là những hạt ma quỷ vì chúng rất hiếm khi tương tác với vật chất bình thường. Hàng tỉ neutrino đi qua cơ thể của chúng ta trong mỗi giây, nhưng chúng ta chẳng để ý đến chúng vì chúng lao qua nhưng không ảnh hưởng đến chúng ta.

Weiler cùng các đồng nghiệp Heinrich Päs và Sandip Pakvasa tại trường Đại học Hawaii đã đi đến một lời giải thích của các dị thường đó dựa trên sự tồn tại của một hạt giả thuyết gọi là neutrino vô sinh. Trên lí thuyết, neutrino vô sinh còn khó phát hiện hơn neutrino bình thường vì chúng chỉ tương tác với lực hấp dẫn. Kết quả là neutrino vô sinh là một hạt khác nữa không gắn với brane và vì thế có khả năng đi qua những chiều bổ sung.

Weiler, Päs và Pakvasa đề xuất rằng neutrino vô sinh truyền nhanh hơn ánh sáng bằng cách đi tắt qua các chiều bổ sung. Theo thuyết tương đối tổng quát Einstein, có những điều kiện nhất định trong đó sự chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng là tương đương với sự chuyển động ngược thời gian. Điều này đưa các nhà vật lí đến với thế giới suy đoán của sự du hành thời gian.

Những ý tưởng mang tính khoa học viễn tưởng

Hồi năm 2007, các nhà nghiên cứu trên, cùng với nghiên cứu sinh Vanderbilt, James Dent, đã đăng một bài báo tựa đề “Du hành thời gian neutrino” trên website bản thảo, mang lại lượng theo dõi khá đông.

Quan điểm của họ đã lát đường cho họ đi vào hai quyển tiểu thuyết khoa học viễn tưởng. Lí thuyết Tối hậu của Mark Alpert được tạp chí New York Times mô tả là “phiên bản gốc vật lí của Mật mã Da Vinci”, viết trên ý tưởng của các nhà nghiên cứu trên về những neutrino đi tắt vào các chiều bổ sung. Tác phẩm Cỗ máy Thời gian Tình cờ của Joe Haldeman viết về một chàng sinh viên MIT đi du hành thời gian và trong đó có phần lưu ý của tác giả mô tả mối liên hệ giữa quyển tiểu thuyết với loại du hành thời gian mà Dent, Päs, Pakvasa và Weiler mô tả.

Ho là nghiên cứu sinh cùng làm việc với Weiler. Lí thuyết của họ mô tả trong một bài báo đăng trên webiste bản thảo arXiv.org hôm 7 tháng 3.

Nguồn: Đại học Vanderbilt, PhysOrg.com