Vũ trụ là một nơi rộng lớn vô tận với hàng trăm tỷ thiên hà. Thế nhưng, tất cả lại được tạo ra từ những mảnh ghép vô cùng nhỏ bé. Bảng tuần hoàn bao gồm các nguyên tố như oxy, carbon và các khối xây dựng khác đã tạo nên các ngôi sao, con người, hay đơn giản là một tách cà phê bạn uống mỗi sáng.
Kể từ đầu thế kỷ 20, các nhà khoa học đã không ngừng đào sâu và tìm ra các hạt cơ bản ngày càng nhỏ hơn – những hạt hạ nguyên tử lấp đầy vũ trụ. Vậy, hạt cơ bản nào là nhỏ nhất? Và ngược lại, hạt nào mang khối lượng lớn nhất?
 |
| Ảnh minh họa: các hạt Neutrino và Top Quark |
1. Hai cách đo lường thế giới vi mô
Don Lincoln, một nhà khoa học cấp cao tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi (Fermilab) gần Chicago, là một trong những người đang đi tìm câu trả lời này. Tại Fermilab, các nhà khoa học sử dụng máy gia tốc hạt để "đập" các hạt riêng lẻ vào nhau ở tốc độ kinh hoàng, sau đó xem xét các mảnh vỡ để tìm kiếm những hạt cơ bản mới.
Theo Tiến sĩ Lincoln, có hai cách để đo kích thước của các hạt vi mô: đo khối lượng của chúng và đo kích thước vật lý (giống như việc bạn tính toán đường kính của một quả bóng).
2. Về mặt khối lượng: Neutrino siêu nhẹ và Top Quark khổng lồ
Nếu xét về khối lượng, câu hỏi này tương đối dễ trả lời.
Hạt nhẹ nhất (lớn hơn 0): Đó chính là Neutrino. Lincoln gọi neutrino là "hạt bóng ma của thế giới hạ nguyên tử". Chúng tương tác cực kỳ yếu với vật chất và di chuyển với tốc độ gần bằng ánh sáng. Thực tế, ngay tại giây phút bạn đọc bài viết này, đang có hàng nghìn tỷ hạt neutrino xuyên qua cơ thể bạn mà bạn không hề hay biết. Tuy nhiên, các công cụ hiện tại vẫn chưa đủ nhạy để đo chính xác khối lượng của chúng.
Để so sánh, một electron có khối lượng gần bằng không, nhưng nó thực chất vẫn nặng gấp khoảng 500.000 lần một hạt neutrino!
- Một Electron nặng khoảng 511.000 eV.
- Một Proton (trong hạt nhân) nặng 938 triệu eV.
- Nhưng Top Quark lại nặng tới con số khổng lồ: 172,5 tỷ eV!
Hạt Quark là những khối xây dựng cơ bản không thể chia nhỏ hơn nữa. Có 6 loại Quark: Up, Down, Strange, Charm, Bottom và Top. Trong khi Up-quark và Down-quark (tạo nên hạt nhân nguyên tử) chỉ nặng từ 3 đến 5 triệu eV, thì một hạt Top Quark lại nặng gấp 57.500 lần một hạt Up-quark.
3. Về kích thước vật lý: Giới hạn của khoa học hiện đại
Câu hỏi về kích thước vật lý thực sự (đường kính) lại hóc búa hơn rất nhiều. Chúng ta mới chỉ biết kích thước của một số hạt, chứ chưa chạm tới được tận cùng của những hạt nhỏ nhất.
Để dễ hình dung về mức độ siêu vi, Tiến sĩ Lincoln đưa ra một so sánh: Một con virus điển hình dài khoảng 250 đến 400 nanomet (1 nanomet = 1 phần tỷ mét). Trong khi đó, một hạt nhân nguyên tử chỉ có kích thước khoảng 10^-14 mét (0,00000000000001 mét). Điều đó có nghĩa là: Một hạt nhân nguyên tử so với một con virus cũng nhỏ bé y như một con virus so với con người vậy!
Hiện tại, kích thước vật lý nhỏ nhất mà các máy gia tốc hạt tối tân nhất có thể đo lường được là 5 x 10^-20 mét (nhỏ hơn 2.000 lần so với một hạt proton). Các nhà khoa học biết chắc chắn rằng các hạt Quark và Electron còn nhỏ hơn con số đó rất nhiều, nhưng nhỏ hơn bao nhiêu thì vẫn là một bí ẩn chờ được giải đáp trong tương lai.
Không có nhận xét nào: