Vì sao phát hiện ra vi lượng lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Đầu tiên các nhà khoa học phát hiện ra chất xơ thực vật, tiếp theo là các tế bào đơn lẻ, sau đó mới đưa ra khái niệm nguyên tử và phân tử. Đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học khám phá ra electrons, sau đó proton và notron. Mỗi lần như vậy, các nhà khoa học đều tin rằng cuối cùng đã tìm ra sự tồn tại của những hạt vật chất nhỏ nhất nhưng kết quả thì sự tin tưởng đó lại luôn sai lầm.

Năm 1962, sự xuất hiện của vi lượng ( các hạt cơ bản cấu thành nên proton và notron) đã đưa khoa học tiến sâu hơn nữa vào thế giới bên trong của proton và notron thế giới vi lượng kỳ bí. Đây là thế giới vật chất không khối lượng, ở đó khối lượng và năng lượng có thể tự do tiến hành hoán đổi. Khám phá này giúp khoa học tiến thêm một bước dài và tiến gần hơn nữa đến câu trả lời cho vấn đề cơ bản đó là: rốt cuộc vật chất là gì? Mỗi phát hiện mới đều làm cho lời giải của câu hỏi này và thế giới trở lên kỳ lạ.

Vi lượng được phát hiện ra như thế nào?

Vào cuối thế kỷ thứ XX, Marie Curie đã chứng minh nguyên tử không phải là hạt nhỏ nhất của vật chất. Không lâu sau đó các nhà khoa học phát hiện ra hai loại hạ nguyên tử đó là electron và proton. Năm 1932, James Chadwick phát hiện ra notron, lần này các nhà khoa học lại cho rằng đấy là loại hạt nhỏ nhất.

Vào giữa những năm 30 của thế kỷ XX, với sự phát minh ra máy gia tốc, các nhà khoa học có thể tách các hạt notron thành proton, và tách các hạt proton thành những hạt nhân nặng hơn, và quan sát quá trình va đập xem cuối cùng cho ra chất gì. Vào những năm 50 của thế kỷ XX, Donald Glaser phát minh ra phòng bong bóng, cho các hạt hạ nguyên tử quay với tốc độ gần bằng bới tốc độ ánh sáng, sau đó ném chúng vào trong phòng có áp suất thấp chứa đầy khí hidrogen, những hạt này sau khi va đập vào proton (nhân nguyên tử hidrogen), proton sẽ tách ra thành một chùm hạt có hình dạng lạ. Các hạt này trong quá trình tăng tốc va đập đều để lại những bong bóng cực kỳ nhỏ bé, để lộ ra vết tích của nó. Các nhà khoa học không có cách nào để nhìn thấy hạt này, chỉ có thể nhìn thấy các vết tích là những bong bóng mà chúng để lại.

Các nhà khoa học vừa kinh ngạc vừa khó có thể lý giải được một số lượng lớn các dấu vết với nhiều hình dạng (mỗi một dấu vết thể hiện một sự tồn tại ngắn ngủi của các hạt mà từ trước đến nay chưa bao giờ xuất hiện) để lại trong phòng bong bóng. Thậm chí họ không có cách nào để đoán xem những hạt hạ nguyên tử bé nhỏ này rốt cuộc là cái gì?

Murry Gellmann sinh năm 1929 tại Manhattan, ông là một người phi thường. Năm lên ba tuổi, ông đã có thể tính được phép nhân với con số lớn, năm lên bảy ông đã giành phần thắng trong cuộc thi ghép từ đơn với một người hơn ông năm tuổi, năm tám tuổi kiến thức của ông có thể sánh bằng bất kỳ sinh viên đại học nào. Thế nhưng, ông không cảm thấy hứng thú khi ngồi trên ghế nhà trường, lại không yêu thích với việc viết lách. Chính vì vậy ông rất ít khi có thể hoàn thành những bài luận văn và những đề tài nghiên cứu mặc dù đối với ông nó vô cùng đơn giản.

Mặc dù như vậy, nhưng ông vẫn tốt nghiệp suôn sẻ một trường đại học ở Yale, sau đó ông đến làm việc tại MIT – một trường đại học ở Chicago (nơi ông đã làm việc cho Fermi) và trường Đại học Princeton (nơi ông đã làm việc cho Oppenheimer). Năm 24 tuổi, ông quyết định dốc toàn tâm nghiên cứu về hình ảnh của những hạt kỳ lạ trong phòng bong bóng. Thông qua hình ảnh thể hiện trong phòng bong bóng các nhà khoa học có thể ước tính kích cỡ, điện tích, phương hướng vận động và tốc độ của mỗi hạt, nhưng rốt cuộc vẫn không thể xác định chúng là gì. Đến năm 1958, loại hạt mới kỳ lạ này đã được gọi và miêu tả bởi gần 100 cái tên khác nhau.

Murry Gellmann cho rằng, nếu dùng một vài khái niệm cơ bản có liên quan đến tự nhiên thì có thể làm sáng rõ nguồn gốc của những hạt này. Đầu tiên ông giả định rằng, tự nhiên là đơn giản và có sự đối xứng. Ông còn giả định, giống như tất cả vật chất và lực trong tự nhiên, những hạt hạ nguyên tử này được bảo toàn, duy trì (như khối, năng lượng, điện tích trong quá trình va đập không có sự thất thoát nào, mà nó được bảo tồn).

Căn cứ vào lý luận trên, Murry Gellmann đã tiến hành phân loại và sử lý đơn giản quá trình tách các hạt proton. Ông đã tạo ra một phương pháp đo lường mới gọi là “sự kỳ lạ”. Từ này xuất phát từ vật lý học lượng tử. Sự kỳ lạ cớ thể đo được trạng thái lượng tử của mỗi hạt. Ông còn giải thiết sự kỳ lạ này được bảo tồn trong mỗi lần phản ứng.

Murry Gellmann phát hiện ra mình có thể thiết lập được mô hình phản ứng đơn giản quá trình tách hoặ kết hợp các hạt proton. Nhưng có một vài hình thức dường như không tuân theo định luật bảo toàn. Sau này ông nghĩ rằng nếu proton và notron không phải là những vật chất tồn tại ở trạng thái cố định, mà do ba hạt nhỏ hơn tạo thành, như vậy ông có thể điều chỉnh những phản ứng va đập tuân theo định luật bảo toàn đơn giản.

Qua hai năm nỗ lực nghiên cứu, Murry Gellmann đã chứng minh được đây là những hạt nhỏ nhất và khẳng định sự tồn tại của nó trong proton và notron. Ông đặt tên cho nó là k – works, sau này đổi thành kworks. Không lâu sau, ông đọc được một từ trong tác phẩm của James Joyce là ba vi lượng, thế là ông quyết định đặt lại tên cho loại hạt lỳ lạ này là vi lượng.

schoolnet