Thí nghiệm LHCb của CERN phát hiện bất thường trong phân rã meson B: Hé lộ vật lý mới và mối đe dọa từ việc cắt giảm ngân sách

Ý nghĩa thống kê: 4 sigma và khoảng cách tới một 'khám phá' chính thức

Trong vật lý hạt, một phát hiện chỉ được công nhận chính thức khi đạt đến ngưỡng thống kê 5 sigma (5σ), nghĩa là khả năng kết quả đó là do may rủi thống kê chỉ là 1 trên 3,5 triệu. Sự bất thường trong phân rã meson B hiện tại đang ở mức xấp xỉ 4 sigma (4σ). Điều này có nghĩa là xác suất đây chỉ là một dao động thống kê ngẫu nhiên là vào khoảng 1 trên 16.000, tương đương với việc tung đồng xu và nhận được mặt ngửa 14 lần liên tiếp .

Dù ấn tượng, mức 4σ vẫn chưa đủ để tuyên bố một khám phá mang tính cách mạng. Bản thân nhóm thí nghiệm LHCb cũng thận trọng ghi nhận rằng sự sai lệch vẫn tồn tại, nhưng "cần thêm dữ liệu để xác định bản chất của nó" . Để vượt qua rào cản 5σ và có được bức tranh rõ ràng về loại vật lý mới nào đang ẩn giấu, các nhà khoa học cần lượng dữ liệu khổng lồ hơn nữa từ LHC.

Cú sốc cắt giảm ngân sách: Lá chắn hơn 250 triệu bảng Anh đe dọa tương lai vật lý hạt

Ngay khi cộng đồng khoa học đang dồn mọi sự chú ý vào sự bất thường đầy hứa hẹn này, một cơn địa chấn tài chính đã ập đến. Vào tháng 12 năm 2025, Cơ quan Nghiên cứu và Sáng tạo Vương quốc Anh (UKRI) đã gửi thư cho CERN, thông báo rằng họ sẽ không còn ưu tiên tài trợ cơ sở hạ tầng cho dự án nâng cấp LHCb Upgrade II . Đây là một dự án nâng cấp mang tính sống còn, được thiết kế để thí nghiệm LHCb có thể hoạt động trong kỷ nguyên LHC Độ chói Cao (HL-LHC) sắp tới.

Khoản đầu tư mà Vương quốc Anh đã lên kế hoạch cho dự án LHCb2030+ là 49,4 triệu bảng từ quỹ cơ sở hạ tầng của UKRI, dự kiến chi trả các chi phí đến năm 2033 . Quyết định này nằm trong một đợt cắt giảm ngân sách lớn hơn, với tổng số tiền lên tới hơn 250 triệu bảng Anh dành cho các dự án vật lý trên toàn nước Anh. Các nhóm nghiên cứu phải đối mặt với mức cắt giảm trung bình 30%, thậm chí có nơi lên tới 60% . Theo tờ Financial Times, quyết định của chính phủ Anh sẽ "xóa sổ" hơn 250 triệu bảng tiền tài trợ cho các dự án vật lý đã được lên kế hoạch .

Nếu không có bản nâng cấp LHCb Upgrade II, thí nghiệm LHCb nhiều khả năng sẽ kết thúc hoạt động vào năm 2033, thay vì tiếp tục thu thập dữ liệu trong suốt giai đoạn hoạt động chính của HL-LHC . Giáo sư Tim Gershon từ Đại học Warwick, một thành viên của nhóm LHCb, cảnh báo rằng "sự tham gia và vai trò lãnh đạo của Vương quốc Anh là cực kỳ quan trọng cho sự thành công của LHCb" và việc cắt giảm này đe dọa trực tiếp đến tương lai của cả thí nghiệm lẫn ngành vật lý hạt của Anh .

Hệ quả nghiêm trọng nhất là việc này đe dọa trực tiếp đến khả năng tích lũy đủ dữ liệu để đưa sự bất thường 4σ vượt qua ngưỡng khám phá 5σ, hoặc để mô tả chính xác các hạt mới nếu chúng thực sự tồn tại.

Hạt giả thuyết Z-prime (Z′): 'Thủ phạm' tiềm năng đứng sau bất thường

Vậy nếu sự bất thường này là thật, điều gì có thể gây ra nó? Ứng cử viên sáng giá nhất trong số các nhà vật lý lý thuyết là một hạt giả thuyết có tên boson Z-prime (Z′) . Hãy hình dung Z′ như một "người anh em họ" nặng ký và bí ẩn hơn của boson Z mà chúng ta đã biết trong Mô hình Chuẩn. Z′ là một boson gauge trung hòa nặng, xuất hiện trong nhiều phần mở rộng của Mô hình Chuẩn như các lý thuyết thống nhất lớn hoặc các mô hình về chiều không gian phụ.

Manh mối then chốt nằm ở chỗ, một hạt Z′ sẽ tương tác khác biệt với muon so với electron, nghĩa là nó vi phạm một nguyên lý thiêng liêng của Mô hình Chuẩn gọi là tính phổ quát vị lepton. Mô hình này cực kỳ phù hợp với những gì dữ liệu LHCb đang cho thấy: tỉ lệ phân rã B → K* μ⁺ μ⁻ bị triệt tiêu so với kênh phân rã tạo ra electron . Ngoài Z′, các nhà khoa học cũng không loại trừ những khả năng khác như các hạt leptoquark (hạt kết nối quark và lepton) hay một boson S (scalar) giả thuyết. Tuy nhiên, các mô hình Z′ hiện đang mô tả tốt nhất các mô hình phân bố góc và tỉ lệ phân rã quan sát được.

Có thể nói, cộng đồng vật lý hạt quốc tế đang đứng trước một thời khắc lịch sử. Một mặt, họ đang nắm trong tay bằng chứng thực nghiệm mạnh mẽ nhất từ trước đến nay về một nền vật lý mới. Mặt khác, cánh cửa để khám phá chân lý đó đang có nguy cơ đóng sập lại vì những toan tính ngân sách.