Đề tài Máy gia tốc hạt

tương tác yếu. 8 gluon có spin 1 là hạt truyền tương tác trong lực tương tác mạnh. Hiện tại, các thuyết vật lý dự đoán về sự tồn tại của một số boson khác như: Higgs boson, có spin 0, được dự đoán bởi mô hình chuẩn của thuyết điện yếu thống nhất. Graviton, có spin 2, được cho là hạt truyền tương tác trong lực hấp dẫn và được dự đoán bởi thuyết hấp dẫn lượng tử. Các thành phần siêu đối xứng của các hạt fermion (là slepton và squark). Graviscalar có spin 0. Graviphoton có spin 1. Goldstone boson. X boson và phản X boson được dự đoán trong lý thuyết thống nhất GUT. Tương tác của các hạt sơ cấp: Có 4 loại tương tác cơ bản: Tương tác mạnh: Lực tương tác mạnh là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên. Lực này giữ các thành phần của hạt nhân nguyên tử lại với nhau, chống lại lực đẩy rất lớn giữa các proton. Lực này được chia làm hai thành phần, lực mạnh cơ bản và lực mạnh dư. Lực tương tác mạnh ảnh hưởng bởi các hạt quark, phản quark và gluon, cũng như các boson truyền tương tác của chúng. Thành phần cơ bản của tương tác mạnh giữ các quark lại với nhau để hình thành các hadron như proton và neutron. Thành phần dư của tương tác mạnh giữ các hadron lại trong hạt nhân của một nguyên tử. Ở đây còn có một hạt gián tiếp là bosonic hadron, hay còn gọi là meson. Theo thuyết sắc động lực học lượng tử, mỗi quark mang trong mình điện tích màu, ở một trong 3 dạng "đỏ", "xanh lam" hoặc "xanh lơ". Đó chỉ là những tên, hoàn toàn không liên hệ gì với màu thực tế. Đối quark là các hạt như "đối đỏ", "đối xanh lam", "đối xanh lơ". Cùng màu đẩy nhau, trái màu hút nhau. Lực hút giữa hạt màu và hạt đối màu của nó là rất mạnh. Các hạt chỉ tồn tại nếu như tổng màu của chúng là trung hòa, nghĩa là chúng có thể hoặc được kết hợp với đối đỏ, đối xanh lam và đối xanh lơ như trong các hạt baryon, proton và neutron, hoặc một quark và một đối quark của nó có sự tương ứng đối màu (như hạt meson). Lực tương tác mạnh xảy ra giữa hai quark là nhờ một hạt trao đổi có tên là gluon. Nguyên lý hoạt động của hạt gluon có thể hiểu như trái bòng bàn, và hai quark là hai vận động viên. Hai hạt quark càng ra xa thì lực tương tác giữa chúng càng lớn, nhưng khi chúng gần xát nhau, thì lực tương tác này bằng 0. Có 8 loại gluon khác nhau, mỗi loại mang một màu điện tích và một đối màu điện tích (có 3 loại màu, nhưng do có sự trung hòa giống như đỏ + xanh + vàng = trắng ngoài tự nhiên, nên chỉ có 8 tổ hợp màu giữa chúng). Mỗi một cặp tương tác của quark, chúng luôn luôn thay đổi màu, nhưng tổng màu điện tích của chúng được bảo toàn. Nếu một quark đỏ bị hút bởi một quark xanh lam trong một baryon, một gluon mang đối xanh lam và đỏ được giải phóng từ quark đỏ và hấp thụ bởi quark xanh lam, và kết quả, quark đầu tiên chuyển sang quark xanh lam và quark thứ hai chuyển sang quark đỏ (tổng màu điện tích vẫn là xanh lam + đỏ). Nếu một quark xanh lơ và một đối xanh lơ quark tuơng tác với nhau trong một meson, một gluon mang, ví dụ như đối đỏ và xanh lơ sẽ được giải phóng bởi quark xanh lơ và hấp thụ bởi một đối xanh lơ quark, và kết quả, quark xanh lơ chuyển sang màu đỏ và đối xanh lơ đối quark chuyển sang màu đỏ (tổng màu điện tích vẫn là 0). Hai quark xanh lam đẩy nhau và trao đổi một gluon mang điện tích màu xanh lam và đối xanh lam, các quark vẫn dữ nguyên điện tích màu xanh lam. Hiện tượng không thể tách rời các quark xa nhau gọi là hiện tượng giam hãm (confinement). Có một giả thuyết rằng các quark gần nhau sẽ không tồn tại lực tương tác mạnh và trỏ thành tự do, giả thuyết này còn gọi là sự tự do tiệm cận và có thể được giải thích bằng nguyên lý quả bóng bàn như trên. Tương tác điện từ: Lực điện từ là lực mà điện-từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích (chuyển động hay đứng yên). Theo biểu diễn cổ điển của lực điện từ, lực này gồm hai thành phần, do điện trường tạo ra (lực điện) và do từ trường tạo ra (lực từ). Lực điện từ đôi khi còn được gọi là lực Lorentz, mặc dù thuật ngữ này cũng có thể chỉ dùng để nói về thành phần gây ra bởi từ trường. Lý do là trong lý thuyết điện từ và lý thuyết tương đối, từ trường và điện trường được thống nhất thành một trường tạo ra tương tác duy nhất gọi là trường điện từ. Đặc biệt, trong lý thuyết tương đối, biểu thức lực từ và lực tĩnh điện quy tụ về một biểu thức duy nhất. Việc thống nhất lực điện và lực từ thành một loại lực điện từ cũng phù hợp với quan điểm của lý thuyết điện động lực học lượng tử. Theo lý thuyết này, lực điện từ được gây ra bởi sự trao đổi của hạt trường là photon. Mô hình chuẩn ghi nhận lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên. Tương tác yếu Lực tương tác yếu là 1 trong 4 loại lực cơ bản của tự nhiên xảy ra ở mọi hạt cơ bản, trừ các hạt proton và gluons, ở đó có sự trao đổi của các hạt truyền tương tác là vector W boson và Z boson. Lực tương tác yếu xảy ra ở một biên độ rất ngắn, bởi vì khối lượng của những hạt W boson và Z boson vào khoảng 80 GeV, nguyên lý bất định bức chế chúng trong một khoảng không là 10 − 18 m, kích thước này chỉ nhỏ bằng 0,1% so với đường kính của proton. Trong điều kiện bình thường [cần dẫn nguồn], các hiệu ứng của chúng là rất nhỏ. Có một số định luật bảo toàn hợp lệ với lực tương tác mạnh và lực điện từ, nhưng lại bị phá vỡ bởi lực tương tác yếu. Mặc dầu có biên độ và hiệu xuất thấp, nhưng lực tương tác yếu lại có một vai trò quan trọng trong việc hợp thành thế giới mà trong đó ta quan sát. Tương tác hấp dẫn: Trong vật lý học, lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất và có độ lớn tỷ lệ với khối lượng của chúng. Lực hấp dẫn là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên theo mô hình chuẩn được chấp nhận rộng rãi trong vật lý hiện đại, ba lực cơ bản khác là lực điện từ, lực hạt nhân yếu, và lực hạt nhân mạnh. Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong số các lực đó, nhưng lại có thể hoạt động ở khoảng cách xa và luôn thu hút. Trong cơ học cổ điển, lực hấp dẫn xuất hiện như một ngoại lực tác động lên vật thể. Trong thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn là bản chất của không thời gian bị uốn cong bởi sự hiện diện của khối lượng, và không phải là một ngoại lực. Trong thuyết hấp dẫn lượng tử, hạt graviton được cho là hạt mang lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên các vật thể có khối lượng và làm chúng rơi xuống đất. Lực hấp dẫn cũng giúp gắn kết các vật chất để hình thành Trái Đất, Mặt Trời và các thiên thể khác; nếu không có nó các vật thể sẽ không thể liên kết với nhau và cuộc sống như chúng ta biết hiện nay sẽ không thể tồn tại. Lực hấp dẫn cũng là lực giữ Trái Đất và các hành tinh khác ở trên quỹ đạo của chúng quanh Mặt Trời, Mặt Trăng trên quỹ đạo quanh Trái Đất, sự hình thành thủy triều, và nhiều hiện tượng thiên nhiên khác mà chúng ta quan sát được. Phản vật chất: Phản vật chất là khái niệm trong vật lý, được cấu tạo từ những phản hạt cơ bản như phản hạt electron, phản hạt nơtron,… Theo lý thuyết, nếu phản vật chất gặp vật chất thì sẽ nổ tung. Lịch sử hình thành khái niệm phản vật chất: Giả thiết tưởng tượng: Phản vật chất bắt đầu từ trí tưởng tượng của con người ở những năm 1930. Những người hâm mộ của bộ phim khoa học giả tưởng nổi tiếng Star Trek ("Đường đến các vì sao"), đã biết đến một loại phản vật chất được sử dụng giống như nhiên liệu với năng lượng cao để đẩy những chiếc tàu không gian đi nhanh hơn cả vận tốc ánh sáng. Loại phi thuyền không gian này dường như không thể thiết kế được, nhưng các nhà lý thuyết đã có khả năng biến dạng nhiên liệu tưởng tượng ấy thành hiện thực. Ý tưởng trong truyện tiểu thuyết đã trở thành hiện thực bằng việc khám phá ra sự tồn tại của phản vật chất, ở những thiên hà khoảng cách xa và ở thời nguyên sinh của vũ trụ. Giả thiết khoa học: Điều thú vị nhất đó là từ trong trí tưởng tượng, phản vật chất trở thành hiện thực, và mang tính thuyết phục. Năm 1928, nhà vật lý người Anh Paul Dirac đã đặt ra một vấn đề: làm sao để kết hợp các định luật trong thuyết lượng tử vào trong thuyết tương đối đặc biệt của Albert Einstein. Thông qua các bước tính toán phức tạp, Dirac đã vạch định ra hướng để tổng quát hóa hai thuyết hoàn toàn riêng rẽ này. Ông đã giải thích việc làm sao mọi vật càng nhỏ thì vận tốc càng lớn; trong trường hợp đó, các electron có vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng. Đó là một thành công đáng kể, nhưng Dirac không chỉ dừng lại ở đó, ông nhận ra rằng các bước tính toán của ông vẫn hợp lệ nếu electron vừa có thể có điện tích âm, vừa có thể có điện tích dương - đây là một kết quả ngoài tầm mong đợi. Dirac biện luận rằng, kết quả khác thường này chỉ ra sự tồn tại của một "đối hạt", hay "phản hạt" của electron, chúng hình thành nên một "cặp ma quỷ". Trên thực tế, ông quả quyết rằng mọi hạt đều có "đối hạt" của nó, cùng với những tính chất tương đồng, duy chỉ có sự đối lập về mặt điện tích. Và giống như proton, neutron và electron hình thành nên các nguyên tử và vật chất, các phản proton, phản neutron, phản electron (còn được gọi là positron) hình thành nên phản nguyên tử và phản vật chất. Nghiên cứu của ông dẫn đến một suy đoán rằng có thể tồn tại một vũ trụ ảo tạo bởi các phản vật chất này. Và dự đoán của ông đã được kiểm chứng trong thí nghiệm của Carl Anderson vào năm 1932, cả hai ông đều được giải Nobel cho thành tựu ấy. Các nhà vật lý đã học được nhiều hơn về phản vật chất so với thời điểm của Anderson khám phá ra nó. Một trong những hiểu biết mang tính kịch bản đó là vật chất và phản vật chất kết hợp lại sẽ tạo ra một vụ nổ lớn. Giống như những cặp tình nhân gặp nhau trong ngày sau cùng vậy, vật chất và phản vật chất ngay lập tức hút nhau do có điện tích ngược nhau, và tự phá hủy nhau. Do sự tự huỷ tạo ra bức xạ, các nhà khoa học có thể sử dụng các thiết bị để đo "tàn dư" của những vụ va chạm này. Chưa có một thí nghiệm nào có khả năng dò ra được các phản thiên hà và sự trải rộng của phản vật chất trong vũ trụ như trong tưởng tượng của Dirac. Các nhà khoa học vẫn gửi các tín hiệu thăm dò để quan sát xem có tồn tại các phản thiên hà này hay không. Nhưng câu hỏi vẫn làm bối rối các nhà vật lý cũng như những người có trí tưởng tượng cao đó là: phải chăng vật chất và phản vật chất tự hủy khi chúng tiếp xúc nhau. Tất cả các thuyết vật lý đều nói rằng khi vụ nổ lớn (Big Bang), đánh dấu sự hình thành ở 13,5 tỉ năm trước, vật chất và phản vật chất có số lượng bằng nhau. Vật chất và phản vật chất kết hợp lại, và tự hủy nhiều lần, cuối cùng chuyển sang năng lượng, được biết như dạng bức xạ phông vũ trụ. Các định luật của tự nhiên đòi hỏi vật chất và phản vật chất phải được tạo dưới dạng cặp. Nhưng một vài phần triệu giây sau vụ Nổ Lớn Big Bang, vật chất dường như nhiều hơn so với phản vật chất một chút, do đó cứ mỗi tỉ phản hạt thì lại có một tỉ + 1 hạt vật chất. Trong giây đầu hình thành vũ trụ, tất cả các phản vật chất bị phá hủy, để lại sau đó là dạng hạt vật chất. Hiện tại, các nhà vật lý vẫn chưa thể tạo ra được một cơ chế chính xác để mô tả quá trình "bất đối xứng" hay khác nhau giữa vật chất và phản vật chất để giải thích tại sao tất cả các vật chất lại đã không bị phân hủy. Bằng chứng về sự tồn tại của phản vật chất: Một số bằng chứng về sự tồn tại của phản vật chất đã được đưa ra. Quan trọng nhất là việc quan sát các phi đạo của các hạt sơ cấp trong buồng bọt (bubble chamber). Thí nghiệm được tiến hành bởi Carl Anderson vào năm 1932. Ông đã chụp hình được một số cặp phi đạo bị biến mất ngay khi gặp nhau. Dữ liệu này đã làm tăng sự tin tưởng rằng có tồn tại các hạt phản vật chất mà khi một hạt tương tác với chính phản hạt cùng loại sẽ triệt tiêu nhau và sinh năng lượng. Năm 1996, Phòng thí nghiệm Fermi, (Chicago, Mỹ) đã tạo ra 7 phản nguyên tử hydro trong một máy gia tốc hạt. Có điều các hạt này tồn tại trong thời gian quá ngắn ngủi, lại chuyển động với tốc độ sát gần ánh sáng, nên không thể lưu giữ để nghiên cứu. Phản Hydro Tháng 10 năm 2002, Phòng thí nghiệm vật lý hạt châu Âu (European Organization for Nuclear Research-CERN) thông báo kết quả thí nghiệm ATRAP, tiếp nối thí nghiệm ATHENA tháng 9, tạo ra phản nguyên tử Hydro từ phản proton và positron. Kết quả đo mức năng lượng của các phản hạt trong phản nguyên tử hydro cho thấy, positron chuyển động trên quỹ đạo khá xa tâm phản proton, dẫn đến hệ thống này tồn tại hết sức kém bền vững. Để có được các phản nguyên tử (anti-atom) bền vững, toàn bộ thí nghiệm cần đặt trong môi trường nhiệt độ sát điểm 0 tuyệt đối (-273 độ C), vì ở nhiệt độ cao, các phản nguyên tử sẽ kết hợp với các nguyên tử của môi trường và biến mất ngay lập tức. Tìm hạt Higgs: Đây là một hạt giả thiết, sinh ra trong một cơ chế tương tác qua lại với các hạt cơ bản nguyên thuỷ để các hạt này có khối lượng như chúng ta đã đo được. Nó là sản phẩm của mô hình chuẩn lý thuyết thống nhất của các hạt cơ bản Trong vài thập kỷ qua, giới vật lý hạt đã xây dựng được một mô hình lý thuyết, tạo nên bộ khung về kiến thức các hạt và lực cơ bản trong tự nhiên. Một trong những thành phần cơ bản của mô hình này là trường lượng tử giả thiết phổ biến chịu trách nhiệm cung cấp khối lượng cho phân tử. Trường này có tên gọi là trường Higgs. Là hệ quả của đối ngẫu sóng-hạt, tất cả các trường lượng tử đều có một hạt cơ bản đi kèm. Hạt đi kèm với trường Higgs được gọi là hạt Higgs, hay Higgs boson, boson Higgs, theo tên của nhà vật lý Peter Higgs. Vì trường Higgs chịu trách nhiệm về khối lượng, việc các hạt cơ bản có khối lượng được nhiều nhà vật lý coi như một dấu hiệu cho thấy sự tồn tại của trường Higgs. Giả sử hạt Higgs tồn tại, chúng ta có thể suy luận được ra khối lượng của nó dựa trên tác động mà nó tạo ra đối với thuộc tính của các hạt và trường khác. Tuy nhiên, việc hạt Higgs có tồn tại hay không vẫn là điều nhiều người tranh cãi. Ý tưởng cho sự tồn tại của hạt Higgs: Khi đặt chân lên bàn cân, bạn có thể hy vọng rằng cân sẽ chỉ một con số nhỏ hơn đối với ngày hôm trước, bạn mong rằng... mình đang giảm cân. Số chỉ trên bàn cân đó chính là khối lượng của bạn dưới tác dụng của lực hấp dẫn xác định lên trọng lượng của bạn. Nhưng cái gì xác định cho khối lượng của bạn đây? Đó là một trong những câu hỏi được hỏi nhiều và mong chờ có lời giải thích trong vật lý ngày nay. Rất nhiều thí nghiệm thuộc lĩnh vực vật lý hạt nhân trên thế giới đang tìm kiếm bộ máy (mechanism) tạo ra khối lượng. Các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm hạt nhân CERN ở Geneva cũng như tại Fermilab ở Illinois đang hy vọng tìm kiếm được cái họ gọi là "Higgs boson". Họ tin tưởng rằng nó là một hạt, cũng có thể là một tập hợp hạt mà chúng có thể tạo ra những hạt có khối lượng khác. Ý tưởng về một hạt tạo ra một khối lượng khác quả là một điều phi trực quan... Phải chăng khối lượng không là một đặc tính cố hữu của vật chất? Nếu không thì làm sao lại có thể tồn tại một thực thể ở đó nó truyền khối lượng vào một thực thể khác bằng cách luân chuyển và bằng cách tương tác với chúng? Một ví dụ có thể giúp bạn hiểu được sự hoạt động của "nguyên lý" này đó là bạn hãy tưởng tượng mình tới dự một bữa tiệc. Với đám đông các khách mời, phân bố chật kín hội trường. Khi một ngôi sao điện ảnh bước vào, đám đông ở cửa vây quanh và bám lấy anh ta. Anh ta thu hút những người gần nhất và di chuyển vào trong. Bằng việc kéo theo một đám đông xung quanh, anh ta đã làm tăng động lượng, một dấu hiệu của khối lượng. Anh ta khó khăn mới có thể thoát ra khỏi đám đông ấy, và càng khó hơn để có thể trở lại chỗ ban đầu. Ảnh hướng của nhóm (đám đông vây quanh) chính là bộ máy Higgs, được đưa ra bởi nhà vật lý người Anh Peter Higgs vào những năm 1960. Lý thuyết đưa ra giả thuyết cho rằng có một dạng lưới biểu trưng cho trường Higgs phủ đầy vũ trụ. Giống như trường điện từ, nó có ảnh hưởng tới những hạt di chuyển xuyên qua nó, nhưng nó cũng liên hệ với vật lý chất rắn. Các nhà khoa học biết rằng khi một electron đi qua một mạng tinh thể nguyên tử điện tích dương, khối lượng của electron có thể tăng lên gấp 40 lần. Điều này cũng có thể đúng với trường Higgs, khi một hạt di chuyển trong nó, nó sẽ bị bóp méo một chút - giống như đám đông vây quanh ngôi sao điện ảnh ở bữa tiệc - và truyền khối lượng cho hạt. Câu hỏi về khối lượng là một vấn đề hóc búa, dẫn đến việc tồn tại hạt Higgs boson để phủ kín khoảng trống còn sót trong Mô Hình Chuẩn. Mô Hình Chuẩn miêu tả 3 trong 4 lưc của tự nhiên: lực điện từ, lực tương tác mạnh, và lực tương tác yếu. Lực điện từ đã được biết một cách cặn kẽ trong nhiều thập kỷ qua. Hiện tại, các nhà vật lý dồn sự quan tâm sang lực hạt nhân mạnh, cái bó những phần của hạt nhân nguyên tử lại với nhau, và lực hạt nhân yếu, cái chi phối khả năng phóng xạ cũng như phản ứng hidro (hydrogen fusion), một phản ứng quan trọng tạo ra năng lượng mặt trời. Điện từ học miêu tả sự tương tác giữa các hạt và photon, hình thành những gợn (packet) nhỏ của bức xạ điện từ. Tương tự, lực hạt nhân yếu miêu tả sao hai thực thể khác, hạt W boson và Z boson tương tác với các electron, quark, neutron... Có một sự khác nhau rõ ràng giữa hai tương tác này: photon không có khối lượng, trong khi khối lượng của W và Z lại khá lớn (khoảng 100 lần so với khối lượng của proton). Trong thực tế chúng là một trong những hạt có khối lượng lớn nhất từng biết. Khuynh hướng đầu tiên là giả sử rằng W và Z dễ dàng tồn tại và tương tác với những hạt cơ bản khác. Nhưng trên cơ sở toán học, khối lượng lớn của W và Z mang đến sự mâu thuẫn trong Mô Hình Chuẩn. Để giải thích cho điều này, các nhà vậy lý cho rằng phải có ít nhất một hạt khác - đó là Higgs boson. Những lý thuyết đơn giản nhất dự đoán rằng có một boson, nhưng những lý thuyết khác lại cho rằng có một số. Trong thực tế, quá trình tìm kiếm hạt Higg là một trong những sự việc hào hứng nhất trong nghiên cứu, bởi vì nó có thể dẫn đến những khám phá mới, hoàn chỉnh vật lý hạt. Một số nhà lý thuyết nói rằng nó có thể mang ánh sáng đến cho toàn bộ những dạng tương tác mạnh mới, và số khác tin tương rằng việc nghiên cứu sẽ khám phá ra một vật lý cơ bản đối xứng mang tên "siêu đối xứng". Trước hết, các nhà khoa học muốn xác định phải chăng Higg boson thực sự tồn tại? Quá trình tìm kiếm đã bắt đầu từ hơn 10 năm trước, tại cả hai phòng nghiên cứu CERN tại Geneva và Fermilab ở Illinois. Để tìm kiếm các hạt này, các nhà nghiên cứu phải phá vỡ (smash) những hạt khác với nhau ở vận tốc cực lớn. Nếu năng lượng từ sự va chạm này đủ lớn, nó có thể chuyển sang những hạt vật chất nhỏ hơn - có thể là Higgs boson. Những hạt này chỉ tồn tại ở một thời gian ngắn, sau đó tan rã (decay) sang các hạt khác. Vì thế, để chứng minh cho sự xuất hiện của hạt Higgs trong sự va chạm, các nhà nghiên cứu phải tìm được bằng chứng dựa vào các hạt nó sẽ tan rã ra. Manh mối tìm ra hạt Higgs: Gần đây, Peter Renton, nhà vật lý hạt thuộc Đại học Oxford, vừa cho công bố phương pháp tiếp cận hạt Higgs của mình trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature. Ông cho biết đã lần ra được manh mối về hạt Higgs nhờ các nhà nghiên cứu tại một cơ sở nghiền nguyên tử ở Thuỵ Sỹ. Nếu phát hiện của Renton là chính xác thì khối lượng của Higgs boson được xác định ở vào khoảng 115 gigaelectronvolt. Chứng minh thực nghiệm: Tìm trạng thái lỗ đen lượng tử:[ Tin tức/ Tạo ra lỗ đen nhân tạo trong phòng thí nghiệm. ] Lỗ đen là một giả thuyết hệ quả từ thuyết tương đối rộng của Einstein. Khi khối lượng tích tụ với mật độ khổng lồ quá một giới hạn nào đó thì sức hút (lực hấp dẫn) sẽ làm cho quá trình nén tiếp tục và tạo ra một điểm không gian đặc biệt, giống như lỗ hút của một máy hút bụi công suất cao, khiến cho tất cả vật chất đi đến gần nó đều bị hút tụt vào trong. Ngay cả lượng tử ánh sáng cũng chịu chung số phận, và ta chỉ có ánh sáng “chiếu” vào trong, mà không có ánh sáng phát ra ngoài. Lý do đó làm cho điểm kỳ dị trở thành tối tăm, không thể nhìn thấy và được mang tên là lỗ đen hoặc hốc đen.  Cụ thể, khi 2 proton ép sát vào nhau, nó giống như khi xảy ra sự nén làm tăng mật độ vật chất hạt nhân vượt trên giới hạn tạo ra lực hút của “lỗ đen” Vật chất tối: Trong vật lý thiên văn, thuật ngữ vật chất tối chỉ đến một loại vật chất giả thuyết trong vũ trụ, có thành phần chưa hiểu. Vật chất tối không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc hiện nay, nhưng có thể nhận nó ra vì những ảnh hưởng hấp dẫn của nó đối với chất rắn và/hoặc các vật thể khác cũng như với toàn thể vũ trụ. Dựa trên hiểu biết hiện nay về những cấu trúc lớn hơn thiên hà, cũng như các lý thuyết được chấp nhận rộng rãi về Vụ Nổ Lớn, các nhà khoa học nghĩ rằng vật chất tối là thành phần cơ bản chiếm tới 70% vật chất trong vũ trụ. Các nhà khoa học đã nhận ra một số hiện tượng mà hợp với sự tồn tại của vật chất tối, bao gồm tốc độ quay của các thiên hà và tốc độ quỹ đạo của những thiên hà trong cụm; thấu kính hấp dẫn các thiên thể phía sau bởi những cụm thiên hà như là Bullet Cluster; và kiểu phân phối nhiệt độ của khí nóng ở các thiên hà và cụm thiên hà. Vật chất tối cũng có vai trò quan trọng đối với sự tạo thành cấu trúc và sự tiến hóa thiên hà, và có ảnh hưởng đo được đến tính không đẳng hướng (anisotropy) của bức xạ phông vi sóng vũ trụ. Các hiện tượng này chỉ rằng vật chất quan sát thấy được trong các thiên hà, các cụm thiên hà, và cả vũ trụ mà có ảnh hưởng đến bức xạ điện từ chỉ là một phần nhỏ của tất cả vật chất: phần còn lại được gọi là "thành phần vật chất tối". MÁY GIA TỐC LHC: Định nghĩa: Máy gia tốc LHC: Chiếc máy gia tốc hạt LHC, tức Large Hadron Collider (hệ gia tốc đối chùm hadron khổng lồ) Thiết bị dùng điện trường và từ trường để tăng tốc các hạt tích điện. Máy gia tốc vòng,kiểu Synchrotrons: quĩ đạo của các hạt là đường tròn. Được thiết kế để tạo va chạm trực diện giữa các tia proton (một trong các loại hạt cơ bản) với động năng cực lớn. Giới thiệu chung: Máy gia tốc hạt LHC là máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới hiện nay được chế tạo bởi CERN[ CERN: European Organization for Nuclear Research or Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire in French. Tổ chức nghiên cứu hạt nhân Châu Âu ], có chu vi là 26 659 m và nằm sâu 100m dưới lòng đất tại khu vực biên giới Pháp - Thụy Sĩ giữa núi Jura và dãy Alps gần Genève, Thụy Sĩ. Dự án được cung cấp kinh phí và chế tạo với sự tham gia cộng tác của trên 8000 nhà vật lý của 15 quốc gia (1/2 tổng số chuyên gia lĩnh vực này của toàn thế giới) cũng như hàng trăm trường đại học và phòng thí nghiệm. Nhiều nước đã đóng góp tài chính cho LHC (Nhật Bản từ năm 1995, rồi Ấn Độ, Nga, Canada, Trung Quốc, Mỹ...) Theo một bài báo của cựu giám đốc điều khiển CERN khoa học gia Chris Llewellyn Smith trong tạp chí Nature vào tháng 7 năm 2007, ý tưởng xây dựng LHC trong cùng một đường hầm với LEP được bắt đầu từ năm 1977, chỉ vỏn vẹn 2 năm sau khi dự án cho LEP được đề cử.  Mục đích :[ ] Được thiết kế tạo va chạm trực diện giữa các tia proton (một trong các loại hạt cơ bản) với động năng cực lớn. Mục đích chính của nó là phá vỡ những giới hạn và mặc định của mô hình chuẩn - những lý thuyết cơ bản hiện thời của vật lý hạt. Trên lý thuyết, chiếc máy này được cho là sẽ chứng minh được sự tồn tại của hạt Higgs, những kết quả nghiên cứu từ chiếc máy này có thể chứng minh những dự đoán từ trước cũng như những liên kết còn thiếu trong mô hình chuẩn, và giải thích được những hạt sơ cấp khác có được những đặc tính như khối lượng như thế nào. Nói cách khác nó trả lời cho các câu hỏi: YHướng phát triển của vũ trụ từ lúc bắt đầu đến nay như thế nào? Vũ trụ bắt đầu với vụ nổ Big Bang - nhưng chúng ta không hoàn toàn hiểu như thế nào hay lý do tại sao nó phát triển theo cách nó đã làm. LHC sẽ cho chúng ta xem như thế nào vấn đề một mẫu rất nhỏ của vật chất một giây sau khi Big Bang. Các nhà nghiên cứu có một số ý tưởng để hy vọng - nhưng cũng mong đợi những bất ngờ! YChúng ta đang sống trong loại vũ trụ nào? Một mục tiêu nữa mà CERN hướng tới là tìm ra bằng chứng của các chiều không gian khác, theo lập luận của lý thuyết siêu dây. Đây là lý thuyết cho rằng các loại hạt cơ bản tạo nên nguyên tử là những dây dao động vô cùng nhỏ, qua đó giải thích được rất nhiều câu hỏi hóc búa trong vật lý. Lý thuyết cho rằng không gian có mười chiều thay vì ba chiều như chúng ta cảm nhận YChuyện gì đã xảy ra trong vụ nổ Big Bang? Vũ trụ đã tạo nên cái gì trước khi chúng ta thấy những vật chất được thành lập như xung quanh? Các LHC sẽ tái hiện điều kiện tồn tại trong thời gian đầu của Big Bang. Vào phút đầu tiên của Big Bang, các vũ gồm một hỗn hợp các hạt cơ bản: quarks, leptons và gluons các lực lượng các truyền thông. Khi vũ trụ nguội đến 1000 tỷ độ, các quarks và gluons được kết hợp lại thành proton và neutrons. Các va chạm hạt nhân trong LHC phát ra hạt quarks trong một thoáng qua. Điều này sẽ đưa chúng ta trở lại với thời điểm trước khi hình thành các hạt, tái tạo những điều kiện đầu trong sự tiến triển của vũ trụ, khi quarks và gluons được tự do kết hợp. Các mảnh vỡ được phát hiện sẽ cung cấp các thông tin quan trọng về việc này. YPhản vật chất ở đâu? Phản hạt của một hạt sơ cấp là hạt có cùng khối lượng như hạt đã cho, song có một hoặc một số tính chất vật lý khác cùng độ lớn nhưng có chiều ngược lại. Điện tử e- - Positron e+ Neutron n - Phản neutron antin hay Proton p hay p + - Phản proton hay p − Hầu hết các hạt cơ bản đều có phản hạt, riêng photon thì không - phản của photon cũng ch