GIẢI NOBEL VẬT LÝ 2004  Ngày 5 tháng 10 năm 2004 Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển quyếtđịnhtrao Giải Nobel Vật lýnăm2004 choba côngdân Mỹ là DavisJ.Grosstại Viện Vật lý lý thuyết Kavli thuộc Đại học California ở Santa Barbara (bang California, Mỹ), H. Davis Politzer tại Viện Công nghệ California (Caltech) ở Pasadena (bang California, Mỹ) và Frank Wilczek tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge (bang Massachusetts, Mỹ) "do phát minh ra sự tự dotiệm cận (asymptotic freedom)trong lý thuyết tươngtác mạnh". Gross cùng với Wilczek và độc lập với họ là Politzer đã có một phát minh quan trọng xem xét xem lực mạnh hoạt động như thế nào để liên kết các yếu tố thànhphần gọilà cácquark của cácproton và neutron (cáchạtnày tạonêncáchạt nhân nguyên tử). Ba lực khác của tự nhiên là lực điện từ, lực yếu và lực hấp dẫn đều giảm cường độ theo khoảng cách. Ba nhà khoa học nói trên đã phát hiện thấy rằng lực mạnh tăng mạnh hơn theo khoảng cách.Phát minh này gọi là "sự tự do tiệm cận" và nó có nghĩa là việc kéo các quark ở bên trong các proton và neutron raxa nhaulàmtăng cườngđộ củalựcliênkếtchúng. Pháthiệnnàycótácđộnglớn đến việc thiết kế và tiến hành các thực nghiệm tại các thiết bị máy gia tốc lớntrên thế giới vì nó cho phép các nhà vật lý tính toán được các kết quả mà các thực nghiệm thu được. Những sai số từ các kết quả tính toán này lại cung cấp những hiểu biết vô cùng quí giá về một lĩnh vực vật lý mới là vật lývượt ra khỏi Mô hình chuẩn. Mặt sau (flipside)của"sự tự dotiệmcận"đã được môtả như là"nôlệ hồng ngoại (infra-red slavery)". Do lực liên kết các quark trong các proton và neutron tăng mạnh hơn theo khoảng cách, các proton và neutron không thể bị hủy thành các quarkthànhphần.Phần nàycủaphátminhGross-Wilczek gọilà"sự giamcầm". Phátminh tự do tiệm cận đưaGross và Wilczek đề xuất một lý thuyết toàndiện về lực mạnh gọilàSắc độnglực lượngtử (QCD) mà bađiện tích màu của nó tương tự với các điện tích dương và âm trong lý thuyết về lực điện từ gọi là Điện động lực lượng tử (QED). Do QCD có sự tương tự toán học đáng kể so với QED và lý thuyết về lực yếu, phát minh tự do tiệm cận mang lại cho vật lý một bước tiến gần hơn đếnviệc thực hiệnước mơ vĩ đạilà thốngnhấttất cả các lựccủatự nhiênvào trong mộtlýthuyết.Lýthuyếtthốngnhất này làlýthuyết chotấtcả cáchiệntượng trong tự nhiên. Davis J.Gross sinh năm 1941 tại Washington D. C. (Mỹ). Ông bảo vệ luận án tiến sĩ vật lý tại Đại học California ở Berkeley năm1966 và sau đó ông làm việc tại Harvard. Năm 1969 ông tới Princeton làm trợ lý giáo sư và ở đó ông được bổ nhiệmlàmgiáosư vậtlýnăm1972.Sau đó,ông làgiáosư EugeneHiggins về vật lý vàgiáosư Thomas Jones về vật lýtoán. Trongnhữngnăm1970-1974 ônglà thành viênLiên đoànAlfred P.Sloan.ÔngđượcbầulàhộiviênHộiVậtlýMỹ (1974),viện sĩ Viện Hànlâm Nghệ thuậtvàKhoahọcMỹ (1986), việnsĩ Viện HànlâmKhoahọc Quốc gia Mỹ (1986) và hội viên Hiệp hội Mỹ vì sự tiến bộ khoa học (1987). Gross đã được trao tặng Giải thưởng J. J. Sakurai (1986) của Hội Vật lý Mỹ, Giải thưởng của Liên đoàn MacArthur (1987), Huy chương Dirac (1988), Huy chương Oscar Klein (2000) và Giải thưởng Harvey (2000) và Giải thưởng Vật lý hạt và năng lượng cao (2003) của Hội Vật lý châu Âu. Ông đã nhận được hai bằng tiến sĩ danh dự. Năm 2004 David Gross đã được lựa chọn để nhận phần thưởng khoa học cao quínhấtcủaPháplà Huy chươngvàng(GrandeMedaille D'Or) donhữngđónggóp của ông cho việchiểu biếthiện thực vật lýcơ bản. Ông đến làm việc tại ViệnVật lý thuyết Kavli thuộc Đại học California ở Santa Barbara từ tháng 1 năm 1997. Hiện nay, ông là giáo sư Frederick W. Gluck về vật lýlý thuyết -một chức giáo sư riêng (endowed chair) cho giám đốc Viện Vật lý lý thuyết Kavli thuộc Đại học California ở Santa Barbara và được thiết lập từ năm 2002. Gross nói: "Giải Nobel ghi nhận những cố gắng không chỉ của chúng tôi mà còn của cộng đồng vật lý năng lượng cao. Những cuộc thám hiểm khoa học vào trong thực tại cơ bản không chỉ là lĩnh vựccủariêng các thiêntài như Galileo,Newtonhay Einsteinmàcòn là cố gắnghợp táccủa cộngđồngcủacác nhàkhoa học.Hàng trămcácnhà khoa họcthựcnghiệm tạicácphòngthínghiệmmáygia tốctrênkhắpthế giới đã thiếtkế vàtiếnhànhcác thực nghiệm mà chúng sớm cung cấp cho chúng tôi những gợi ý về cách tác động của lực mạnh và sau đó chứng minh lý thuyết đã công bố của chúng tôi. Chúng tôi còn nhiều vấnđề lýthuyết cầnphải nghiên cứu". H. Davis Politzer sinh năm 1949 tại Mỹ. Ông bảo vệ luận án tiến sĩ vật lýtại Đại học Harvard năm 1974. Hiện nay, ông là giáo sư tại Phòng Vật lý, Viện Công nghệ California (Caltech) ở Pasadena (Mỹ). Politzer nói rằng quả thực một trong cácsuy ngẫmưa thích nhất của ông về sự nghiệp vậtlý hạtcơ bảncủamìnhlà ông tưởng tượng mình đi đếnmộtgaxe lửaở bấtkỳ nơinào trênthế giớivà được đón chàobởimộtngườihoàntoàn khôngquenbiết vàngười đó ngaylập tứcđốixử với ôngnhư mộtngườibạncũ. Politzer làmvậtlý lýthuyết nhưngông coi nónhư một nghề ký sinh (parasitic) cơ bản sống táchkhỏi laođộng củacác nhà vật lý thực. FrankA.Wilczek sinhngày15 tháng5 năm1951tạiQueen (bangNew York, Mỹ) . Năm 1973 ông cưới vợ là Elizabeth J. Devine và vợ chồng ông có hai con là Amity (sinh năm 1974) và Mira (sinh năm 1982). Ông tốt nghiệp Đại học Chicago ngành toán học năm 1970, bảo vệ luận án thạc sĩ toán học tại Đại học Princeton năm 1972 vàbảo vệ luận án tiến sĩ vật lý tại Đại học Princeton năm 1974. Wilczek là giáo viên hướng dẫn thực hành (từ tháng 1 năm 1974 đến tháng 6 năm 1974), trợ lý giáo sư (từ tháng 9 năm 1974 đến tháng 6 năm 1976 và từ tháng 9 năm 1977 đến tháng 6 năm 1978), phó giáo sư (tháng 9 năm 1978 đến tháng 6 năm 1980) và giáo sư (từ tháng 7 năm 1980 đến tháng 6 naưm 1981) tại Đại học Princeton. Ông là thực tập sinh tại Viện Cao học Princeton từ tháng 9 năm 1976 đến tháng 6 năm 1977. Ông làgíao sư Đại học California ở Santa Barbara và thành viênViệnVậtlýlý thuyếtcủatrườngnàytừ tháng11 năm1980 đếntháng 12năm 1988.Wilczek làgiáosư thỉnhgiảngcủaĐại học Harvardtừ tháng9 năm 1987 đến tháng 6 năm 1988. Từ tháng 1 năm 1989 đến tháng 8 năm 2000 ông là giáo sư Trường Khoa học tự nhiên của Viện Cao học Princeton. Từ tháng 9 năm 2000 ông là giáo sư tại Trung tâm Vật lý lý thuyết của Phòng Vật lý, Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge. Giáo sư Frank Wilczek là giảng viên danh dự của nhiềutrườngđại họcvàtổ chứckhoahọcnhư giảngviênMorris Loeb về vậtlýcủa Đại học Harvard (tháng 4 năm 1982), giảng viên Flint của Đại học Yale (tháng 4 năm 1986), giảng viên Hamilton của Đại học Princeton (tháng 4 năm 1988), giảng viên Scott Hawkins của Đại học Giáo lý Phương Nam (tháng 1 năm 1992), giảng viên Bethe của Đại học Cornell (tháng 10 năm 1992), giảng viên Anna McPherson của Đại họcMcGill (tháng 4 năm 1993), giảng viên Rowland củaĐại học Kentucky (tháng 12 năm 1994), giảng viên Michelson của Đại học Dự bị Tây Case (tháng 4 năm 1995), giảng viên Dashen của Đại học California ở San Diego (tháng 1 năm 1999), giảng viên H. Primakoff của Hội Vật lý Mỹ (tháng 4 năm 2001), giảng viên Potts của Đại họcJohn Hopkins (tháng 4 năm 2001), giảng viên A. O. Williams của Đại học Brown (tháng 4 năm 2001), giảng viên Pappalardo của Viện Công nghệ Massachusetts (tháng 4 năm 2001), giảng viên ghi nhớ Feenberg của Đại học Washington ở St. Louis (tháng 10 năm 2003), giảng viên Heilborn củaĐại học Tây bắc (tháng 1 năm 2004), giảng viên ìFT của Đại học Florida (tháng 2 năm 2004), giảng viên Marker của Đại học Quốc gia Pennsylvania (tháng 4 năm 2004), giảng viênghonhớ J. RobertOppenheimer(tháng7 năm2004), giảngviênEnrricoFermi tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne (tháng 10 năm 2004) và giảng viên Cao đẳngGreenthuộc ĐạihọcColumbia(tháng11 năm2004).Wilczeklàgiáosư vậtlý vàhiệutrưởngdanh dự RobertHuttenback của ĐạihọcCaliforniaở Santa Barbara từ tháng9năm1984 đến năm1990, cộng tácviênRegent củaĐàiThiênvănVậtlý Smithsonian từ tháng 6 năm 1986 đến tháng 9 năm 1988, nhà khoa học nổi bật Leland J. Haworth của Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven từ tháng 9 năm 1994 đến tháng 6 năm 1997, giáo sư J. Robert Oppenheimer tại Viện Cao học từ tháng 10 năm 1997 đến tháng 8 năm 2000, giáo sư Lorentz củaĐại học Leiden từ tháng 4 đến tháng 6 năm 1998, giáo sư Herman Feshbach của Viện Công nghệ Massachusettstừ tháng9năm2000đếnnay,giáosư AdjunctcủaCentrosEstudios Cientificos từ tháng 1 năm 2002 đến nay và giáo sư Schrodinger thỉnh giảng tại thành phố Vienna (Áo) vào tháng 6 năm 2002. Wilczek là thành viên Hội đồng cố vấn về năng lượng cao của Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven (1978-1982), thành viên Ban biên tập tạp chí “Zeitschrift fur Physik C” (tháng 11 năm 1981- 1997), thành viên Hội đồng biên tập tạp chí “Annual Reviews of Nuclear &Particle Science” ( tháng 7 năm 1985-tháng 9 năm 1989), thành viên Hội đồng cố vấn về vật lý năng lượng cao của D. O. E.(1986-1989), thành viên Hội đồng khoa học của ViệnVậtlýlý thuyếtthuộcĐạihọcMinnesota(tháng1năm1987-2003), phụ trách mục “Article Alert” trên tạp chí “The Scientists” (tháng 1 năm 1988-tháng 5 năm 1991),thànhviên Hộiđồngcố vấn củaViện Vật lýlý thuyếtở SantaBarbara (tháng 9 năm 1989-1992), thành viên Hội đồng xét học bổng nghiên cứu của Liên đoàn Sloan (tháng 3 năm 1993-1998), thành viên Hội đồng tổng quan quốc tế đối với các giáo sư khoa học của Tổng thống ở Santiago (Chile)(tháng 3 năm 1999-2000), chủ biêntạp chí“Annals òPhysics”(từ tháng9năm2001đếnnay), thànhviên Hội đồng chính sách khoa học của CERN (từ tháng 1 năm 2002 đến nay), cố vấn biên tập cho tạp chí “Daedalus” (từ tháng 1 năm 2002 đến nay) và thành viên Hội đồng cố vấn khoa học của Viện Vật lý lý thuyết ở Waterloo (Canada) (từ tháng 1 năm 2003 đến nay). Ông đóng góp thường xuyên cho tạp chí “Vật lý ngày nay” trong việc giải thích các chủ đề khác nhau ở ranh giới tận cùng của vật lý. Giáo sư Frank Wilczek đã được trao tặng Giải thưởng tìm kiếm tài năng khoa học (1967) của Westinghouse, Phi Beta Kappa (1969), Giải thưởng J. J. Sakurai (1986) của Hội Vật lý Mỹ, Giải thưởng và Huy chương Dirac (1994) của Trung tâm Vật lý lý thuyết Quốc tế ở Trieste (Italia), Giải thưởng Michelson-Morley (2002) của Đại học Dự bị Tây Case, Huy chương Lorentz (2002) của Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học HoànggiaHàLan, GiảithưởngLilienfeld (2003) củaHộiVậtlýMỹ,Giải thưởngVật lý năng lượng cao (2003) của Hội Vật lý châu Âu, Huy chương tưởng niệm (2003) củaKhoatoán lýthuộcĐạihọc Charles(Prague)vàGiải thưởngNobelVật lý(2004) của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng giaThụy Điển. Wilczek là thành viên Liên đoàn Alfred P. Sloan (1975-1977), thành viên Liên đoàn John & Catherine MacArthur (tháng 7 năm 1982-1987), viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (từ tháng 5 năm 1990), viện sĩ Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học Mỹ (từ tháng 4 năm 1993), viện sĩ nước ngoàiViện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học Hoàng gia Hà Lan (tháng 5 năm 2000), hội viên Hiệp hội Mỹ vì sự tiến bộ khoa học (tháng 12 năm 2000). Ông là tiếnsĩ danh dự của Đại học Montrèal. Giáo sư Wilczek được coi như một trong các nhà vật lý xuất sắc nhất thế giới hiện nay. Ông nổi tiếng do phát minh ra sự tự do tiệm cận và phát triển sắc động lực lượng tử, phát minh ra các axion và khám phá ra các dạng mới của thống kê lượng tử là các anyon. Khi Wilczek mới chỉ 21 tuổi và là sinh viên của Đại học Princeton, ông đã cùng với David Gross phát hiện ra các tính chất của các gluon màu. Nghiên cứu chính của Wilczek gồm vật lýhạt cơ bản thuần túy, dáng điệu của vật chất ở nhiệt độ và mật độ cựccao,ứngdụng quanniệm củavậtlýhạtcơ bảnchovũ trụ học,ứng dụngkỹ thuậtcủa lýthuyếttrườngchovậtlýchấtđôngkết vàlýthuyếtlượngtử củacáclỗ đen. Các khối xây dựng nhỏ nhất trong tự nhiên là gí? Các hạt này xây dựng lên bất kỳ cái gì chúng ta nhìn thấy xung quanh chúng tanhư thế nào? Các lực nào tác độngtrong tự nhiên và chúng thực sự thực hiệnchức năngcủa chúng như thế nào? Giải Nobel Vật lý năm 2004 liên quan đến các câu hỏi cơ bản nói trên. Đó là những vấn đề quan tâm của các nhà vật lý trong suốt thế kỷ XX và chúng còn là thách thức cho các nhà lý thuyết và thực nghiệm làm việc với các máy gia tốc hạt cơ bản lớnhiện nay. David Gross, David Politzer và Frank Wilczek đã tạo ra một phát minh lý thuyết quan trọng liên quan đến lực mạnh hay còn gọi là "lực màu (colour force)". Lực mạnh là lực chiphối trong các hạt nhân nguyên tử và tác động giữa các quark ở bên trong proton và notron. Điều mà những người đoạt Giải Nobel phát hiện ra làmộtcái gì đó thoạt tiên dường như hoàntoàn mâu thuẫn.Việc giảithíchkết quả toán học của họ cho rằng các quark càng gần nhau thì "điện tích màu (colour charge)" càng yếu. Khi các quark thực sự gần nhau, lực tương tác giữa chúng yếu đến mức chúng gần giống như các hạttự do. Hiện tượng này được gọi là "sự tự do tiệm cận". Điều ngược lại là đúng khi các quark chuyển động ra xa. Lực tương tác giữacácquarkmạnhhơnkhi khoảngcách giữa chúngtănglên.Tínhchất nàygiống như tính chất củamột đaicao su.Đai càngbị giãn thì lực càngmạnh. Phát minh này được diễn đạt về mặt toán học vào năm 1973 vànó dẫn đến một lý thuyết hoàn toàn mới mang tên là sắc động lực lượng tử QCD (Quantum ChromoDynamics). Lý thuyết này là một đóng góp quan trọng cho Mô hình chuẩn (Standard Model). Mô hình này mô tả ba loại lực cơ bản trong tự nhiên là lực điện từ (lực nàytác động giữa các hạt tích điện), lực yếu (lực này có vai trò quan trọng đốivớiviệcsảnsinh nănglượng củaMặt Trời) vàlực mạnh (lực này tácđộng giữa cácquark). Nhờ cóQCD, các nhà vậtlýítracóthể giải thíchđượctạisao các quark chỉ giống như các hạt tự do ở các năng lượng cực cao. Trong proton và notron, các quark luôn luôn tìm thấy trongcác bộ ba (triplet). Nhờ phát minh nói trên, David Gross, David Politzer và Frank Wilczek đã làm cho vật lý tiến một bước gần hơn đến việc thực hiện giấc mơ lớn là xây dựng đượcmộtlýthuyết thốngnhấtbaogồmcả bốn loạilựccơ bảntrong tự nhiên (lực hấp dẫn, lực điện từ, lựcmạnhvà lực yếu). Phát minh mà nó được trao Giải Nobel Vật lý năm 2004 có tầm quan trọng quyết định đối với hiểu biết của chúng ta về lý thuyết lực mạnh. Lực này là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên và tác động giữa các phần tử nhỏ nhất của vật chất hiện nay là các quark. Gross, Politzer và Wilczek qua các đóng góp lý thuyết của mình có khả năng hoàn chỉnh Mô hình chuẩn của vật lý hạt cơ bản. Mô hình này mô tả các đối tượng nhỏ nhất trong tự nhiên và cách tác động giữa chúng. Đồngthời,phát minhlàmộtbước quantrọngtrongnỗ lực nhằmđưaramộtsự mô tả thống nhấtđốivới tấtcả cáclựccủatự nhiênkhông cầnđể ý đếnphạm vi không gian từ các khoảng cách nhỏ nhất trong các hạt nhân nguyên tử đến các khoảng cách khổng lồ của vũ trụ. Tương tácmạnh(còngọi làtương tácmàu) tác độnggiữacácquark. Cáchạt này cấu tạolên các proton, notron và hạt nhân nguyên tử. Tiến bộ trong vật lý hạt cơ bản và sự liên quan của nó đến cuộc sống hàng ngày của chúng tađôi khi khó hiểu đối với bất kỳ ai không có kiến thức vật lý. Tuy nhiên, khi phân tích một hiện tượng xảy ra hàng ngày như một đồng xu quay ở trên bàn ta nhận thấy rằng các chuyển động của đồng xu thực ra bị tác động bởi các lực cơ bản giữa các khối xây dựng cơ bảnlàcácproton,notronvàelectron. Thựctế làkhoảng80% trọng lượng củađồngxuphụ thuộc vào cácchuyển độngvà quátrìnhở bêntrong cácprotonvà notron,nghĩalàphụ thuộcvàotươngtác giữacácquark.GiảiNobel năm2004xem xét đến tương tác này. Gross, Politzer và Wilczek đã phát minh ra một tính chất của tương tác mạnh mà nó giải thích tại sao các quark chỉ có thể gần giống như các hạt tự do ở các năng lượng cao. Phát minh này tạo ra cơ sở cho lý thuyết tương tác màu (tên đầy đủ hơn là sắcđộng lực lượng tử QCD). Lý thuyết này đã được kiểm tra chi tiết đặc biệt là trong những năm gần đây tại Phòng thí nghiệm vật lý hạt cơ bản của Trung tâm Nghiên cứu Hạt nhân châuÂu CERN ở Geneva. Lực cơ bản đầu tiên trong tự nhiên là lực hấp dẫn. Lực này không chỉ làm cho các vật rơi xuống mặt đất mà còn chi phối chuyển động của các hành tinh và các thiên hà. Lực hấp dẫn có thể xem là lực mạnh khi xem xét chẳng hạn như các hố lớndo cácsao chổi tạo ra khiva phải Trái Đất hoặc các tênlửakhổng lồ đòihỏi để đưa vệ tinh vào trong không gian. Tuy nhiên, trong thế giới vi mô lực hấp dẫn giữacác hạt như các electronvà proton làcực yếu. Ba loại lực cơ bản khác là lực điện từ, lực mạnh vàlực yếu chi phối thế giới vi mô và được mô tả bởi Mô hình chuẩn. Qua các đóng góp của một số người đoạt Giải Nobel trước đây, Mô hình chuẩn có một vị trí rất quan trọng trong lý thuyết hạt cơ bản. Điều này là do mẫu này là mô tả toán học duy nhất tính đến cả thuyết tương đối của Einsteinvà cơ học lượng tử. Mô hình chuẩn mô tả các quark, lepton và các hạt mang lực. Các quark xây dựng chẳng hạn như các proton và notron của các hạt nhân nguyên tử. Các electron mà chúng tạo ra lớp vỏ ngoài của các nguyên tử là các lepton và như ngườitađã biếtđếntận bâygiờ không được cấutạotừ bấtcứ thành phầnnàonhỏ hơn. Các nguyên tử kết hợp với nhau tạo thành các phân tử,các phân tử xây dựng lên các cấu trúc và theo cách này có thể tạo thành toàn bộ vũ trụ. Tương tác điện từ chi phối đối với một số hiện tượng chung trong thế giới xung quanh ta như ma sát, hiện tượng từ, Tương tác điện từ mà nó liên kết một electron và một proton trong một nguyên tử hyđro lớn gấp 10 41 lần so với ltương tác hấp dẫn. Ngoài sự khácbiệt rất lớn về độ lớn, giữahai tương tác này có một số sự tương tự.Độ lớn của cả hai tương tác đều giảm theo bình phương khoảng cách và có phạm vi tác dụng xa. Cả hai loại tương tác điện từ và tương tác hấp dẫn đều được thực hiện qua các hạt tải lực (force carrier) là graviton và photon (hạt ánh sáng).Ngượcvớiphoton, ngườita cònchưatìmthấy graviton.Phạm vitácdụngxa củagravitonvàphotoncóthể đượcchứngminh dựavàothựctế làchúng khôngcó khối lượng nghỉ.Các photon từ Mặt Trời cần cho sự sống trên Trái Đất.Tuynhiên, khi năng lượng được sinh ra từ sự tổng hợp hạt nhân ở tâm của Mặt Trời hai tương tác khác trong Mô hình chuẩn là tương tác mạnh và tương tác yếu cũng đóng vai trò quan trọng. Photon có một tính chất quan trọng là mặc dù nó là một hạt trung hòavề điện nhưng nó vẫn có khả năng liên kết vớicác điệntích. Điều đó giảithích tại sao các photon không tươngtác vớinhau. Tương tác điện từ được mô tả bởi lý thuyết điện động lực lượng tử QED (QuantumElectroDynamics).QED làmột trongcác lýthuyếtvật lý thành côngnhất. Lý thuyết này phù hợp với các kết quả thực nghiệm với độ chính xác khoảng một phần mười triệu. Nhờ lý thuyết này, Sin-tiro Tomonaga, Julian Schwinger và Richard Feynman đã được trao Giải Nobel Vật lý năm 1965. Một trong các lý do giải thích cho sự thành công của QED là vì phương trình trong lý thuyết này có chứa một hằng số nhỏ gọi là hằng số cấu trúc tế vi hay hằng số liên kết. Hằng số nàycó giá trị là1/ 137 vànhỏ hơn đáng kể so với1. Điềunày tạo rakhả năng tính toán các hiệu ứng điện từ như là một khai triển chuỗitheo hằng số nhỏ. Đó là một phươngpháptoán học đẹp đẽ gọi là lýthuyết nhiễu loạn do Feynmanphát triển. Mộttínhchất quan trọngcủacơ họclượngtử trong lýthuyết QEDlà hằngsố cấu trúc tế vi thay đổi theo năng lượng và nó tăng theo sự tăng năng lượng. Trong cácmáygia tốchiệnnaychẳng hạn như máygiatốcLEP ở CERN, giátrị đođượclà 1/128(khácvớigiátrị 1/137)ở cácnănglượngtươngứngvớikhoảng100tỷ eV. Nếusự phụ thuộc nănglượngcủahằngsố cấutrúctế viđược môtả bằngđồ thị thì đườngcongbiẻu diệnsự phụ thuộc nàynghiêngnhẹ lên phíatrên. Các nhà vật lý lý thuyết nói rằngđạo hàmhay hàmbeta là dương. Tương tác yếu được thực hiện bởi các boson W ± vàZ 0 .Nhữnghạt nàykhông giống như photon và graviton và có khối lượng rất lớn (gần 100 lần khối lượng proton). Đó là lý do tại sao tương tác yếu có phạm vi tác dụng gần. Tương tác yếu tác động lên cả quark và lepton và chi phối đối với một số phân rã phóng xạ. Nó liên quan chặt chẽ với tương tác điệntừ. Tương tác điện từ và tương tác yếu được thống nhất trong tương tác điện yếu (electroweak). Tương tác điện yếu đã được làm sáng tỏ vào những năm 1970. Gerardus 't Hooft và Martinus Veltman đã được trao Giải Nobel Vật lýnăm 1999 cho hìnhthức luận cuối cùngcủa lý thuyết này. Từ nhữngnăm1960người tađã biết rằngprotonvànotron có cấu tạo làcác quark.Tuynhiên,thựckỳ lạ là khôngthể sản sinh các quarktự do.Một tính chất cơ bản của các quark là chúng bị giam giữ. Chỉ các khối tập hợp của các quark (gồm hai hoặc ba quark) có thể tồn tại tự do giống chẳng hạn như proton. Các quark có các điện tích bằng một phần điện tích của proton (-1/3 hoặc +2/3) và đặc tính kỳ lạ nàycủaquarkvẫnchưađượcgiải thích. Điệntích củaquarkcòn có một tính chất đặcbiệtlànó bị lượngtử hóa,nghĩalànóchỉ có thể lấy cácgiátrị nàođó.Tính chất này được gọi làđiện tích màuvì nó tươngtự như khái niệm màu sắc. Các quark có thể mang các điện tích màu đỏ, lam hoặc lục. Đối với mỗi một quarkcómộtphảnquark. Điềuđó cũnggiốngnhư làelectroncómộtphảnelectron làpositron. Các phản quark có các điệntích màu phản đỏ, phản lamhoặc phảnlục. Các khối tậphợp của các quark mà chúng có thể tồn tại tự do là trunghòa màu. Ba quark trong proton (u, u và d) có các điện tích màu khác nhau sao cho điện tích màu tổng cộng là trắng (hay trung hòa). Theo cùng một cách như các phân tử trung hòa điện có thể tạo racác liên kết (qua sự hút giữa các phần dương và phần âm củachúng)sự trao đổi lựcgiữa cácproton vànotron trong các hạt nhânxảy ra qua các lực màu mà chúng giải phóng ra từ các quark và các hạt mang lực của chúng. Lực giữa các quark được thực hiện bởi các gluon (xuất phát từ từ "hồ keo (glue)")màchúngkhôngcókhốilượnggiốngnhư cácphoton.Tuynhiên, cácgluon [...]... nên vô lý hơn Nhà vật lý lý thuyết Đức Kurt Symanzik nhận thấy rằng cách duy nhất để đạt được một lý thuyết hợp lý là đi tìm một lý thuyết với một hàm beta âm Điều đó cũng sẽ giải thích tại sao các quark đôi khi có thể xuất hiện như các hạt tự do ở bên trong proton Hiệu ứng này có thể xuất hiện trong các thực nghiệm tán xạ giữa các electron và proton Không may là tự Symanzik không tìm ra được một lý thuyết... Hamburg vào cuối những năm 1970 Điều này tạo ra chứng cớ có sức thuyết phục hơn và có thể được giải thích như là một gluon phát ra xa một quark hoặc một phản quark Sự tự do tiệm cận trong lý thuyết QCD cũng cung cấp cho các nhà vật lý một cách giải thích về một hiện tượng mà Friedman, Kendall và Taylor (Giải Nobel Vật lý năm 1990) quan sát thấy trên máy gia tốc Stanford Các thành phần tích điện của proton... thuyết như thế và mặc dù Gerardus 't Hooft đã tiến rất gần đến việc phát hiện ra lý thuyết này vào mùa hè năm 1972, các nhà vật lý đã mất hết hi vọng vì tất cả các lý thuyết thực tế đều có hàm beta dương Bây giờ chúng ta biết rằng điều đó là không chính xác bởi vì vào tháng 6 năm 1973 Gross, Politzer và Wilczek đã tìm ra lý thuyết với hàm beta âm và công bố kết quả của họ trong hai bài báo đăng trên... nhà vật lý tin rằng không thể tìm được một lý thuyết nhờ đó có thể tính được các hiệu ứng của tương tác mạnh giữa các quark theo cùng cách thức như đối với tương tác điện từ và tương tác yếu Chẳng hạn như nếu xem xét tương tác giữa hai proton trong một hạt nhân có thể thu được các kết quả khá tốt bằng cách mô tả nó như là một sự trao đổi của các pi - meson Ý tưởng này đã đưa Hideki Yukawa đến Giải Nobel. .. cơ sở sự tự do tiệm cận, người ta xây dựng một lý thuyết gọi là Sắc động lực lượng tử QCD (lý thuyết này cũng có nghĩa là sự tự do một cách tiệm cận) và nhờ đó lần đầu tiên người ta thực hiện được các tính toán phù hợp tuyệt vời với thực nghiệm Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của hằng số liên kết vào năng lượng theo dự đoán của sự tự do tiệm cận trong lý thuyết QCD là một đường cong đi xuống (hàm... xem xét tương tác giữa hai proton trong một hạt nhân có thể thu được các kết quả khá tốt bằng cách mô tả nó như là một sự trao đổi của các pi - meson Ý tưởng này đã đưa Hideki Yukawa đến Giải Nobel Vật lý năm 1949 Tuy nhiên, cần có hằng số liên kết lớn hơn 1 mà điều đó có nghĩa là không thể sử dụng các tính toán nhiễu loạn của Feynman như mô tả trên đây Không may là cho đến nay chưa có một phương pháp... thỏa mãn tại một điểm và có cùng giá trị tại một năng lượng rất cao Nếu chúng thực sự thỏa mãn tại một điểm, có thể giả thiết rằng ba tương tác nói trên đã được thống nhất Và giấc mơ từ lâu của các nhà vật lý muốn mô tả các định luật của tự nhiên bằng ngôn ngữ đơn giản nhất có khả năng trở thành hiện thực Tuy nhiên, Mô hình chuẩn cần một sự thay đổi nào đó để giấc mơ thống nhất các lực của tự nhiên trở... siêu đối xứng, nó sẽ là sự trợ giúp mạnh mẽ cho các lý thuyết dây (string theory) trong việc thống nhất tương tác hấp dẫn với tương tác tác điện từ, tương tác yếu và tương tác mạnh Mẫu chuẩn cũng cần thay đổi nhằm bao hàm các tính chất của neutrino phát hiện gần đây (neutrino có khối lượng khác không) Ngoài ra, có lẽ điều này sẽ dẫn đến một cách giải thích về một số các bí ẩn vũ trụ khác như chất đen... hạt mới chẳng hạn như các quark có khối lượng và động năng Các quark này được sinh ra rất mạnh trong quá trình, rất gần nhau nhưng chuyển động ra xa nhau với vận tốc cực cao Nhờ sự tự do tiệm cận trong lý thuyết QCD bây giờ có thể tính được quá trình này Người ta nhận thấy rằng khi các quark chuyển động ra xa nhau, chúng bị ảnh hưởng bởi các lực mạnh ngày càng tăng lên và các lực này cuối cùng dẫn đến... lượng Tính chất này gọi là sự tự do tiệm cận và có nghĩa là hàm beta âm Mặt khác, cường độ tương tác tăng theo sự tăng khoảng cách Điều đó có nghĩa là một quark không thể thoát khỏi một hạt nhân nguyên tử Lý thuyết của Gross, Politzer và Wilczek đã được xác nhận bằng các thực nghiệm Trong các thực nghiệm này, các quark bị bẫy trong các nhóm ba (triplet) ở bên trong proton và neutron nhưng không thể được . GIẢI NOBEL VẬT LÝ 2004  Ngày 5 tháng 10 năm 2004 Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển quyếtđịnhtrao Giải Nobel Vật lýnăm2004 choba côngdân Mỹ là DavisJ.Grosstại Viện Vật lý lý thuyết. (2003) củaHộiVậtlýMỹ ,Giải thưởngVật lý năng lượng cao (2003) của Hội Vật lý châu Âu, Huy chương tưởng niệm (2003) củaKhoatoán lýthuộcĐạihọc Charles(Prague)v Giải thưởngNobelVật lý( 2004) của Viện. gồm vật lýhạt cơ bản thuần túy, dáng điệu của vật chất ở nhiệt độ và mật độ cựccao,ứngdụng quanniệm củavậtlýhạtcơ bảnchovũ trụ học,ứng dụngkỹ thuậtcủa lýthuyếttrườngchovậtlýchấtđôngkết vàlýthuyếtlượngtử