“Quark Matter 2015” và vật lý học đỉnh cao

Thư mời từ Nhật Bản

“… Chúng tôi biết ông, một nhà báo khoa học có tiếng từ Việt Nam (a distinguished scientific journalist from Vietnam), đang dự định viết một số bài tường thuật trên báo chí Việt Nam về các hoạt động khoa học và văn hóa ở Nhật Bản. Điều đó khích lệ chúng tôi giới thiệu với ông những bước tiến trong lĩnh vực nghiên cứu đầy hứng thú về vật chất quark, và đó cũng là điều sẽ góp phần làm sâu sắc thêm mối tình hữu nghị giữa Việt Nam và Nhật Bản.

Hội nghị Quark Matter lần này là cuộc gặp quan trọng nhất và rộng rãi nhất trên thế giới, trong lĩnh vực khoa học hạt nhân khảo sát vật chất quark ở những điều kiện cực đoan (…).

Chúng tôi chờ đợi được đón chào ông tại Quark Matter 2015 ở Kobe”.

Bức thư mang chữ ký của ba vị đồng chủ tịch Ban Tổ chức địa phương Hội nghị Quark Matter năm nay là: GS Hideki Hamagaki, ở Đại học Tokyo; TS Tetsuo Hatsuda và TS Yasuyuki Akiba, ở Trung tâm Nishina thuộc RIKEN.

RIKEN là tên viết tắt của Rikagaku Kenkyusho (tiếng Nhật là Lý Hóa Nghiên cứu Sở) được thành lập vào năm 1917; tại đây hiện đang thu hút hơn 3.000 nhà khoa học làm việc thường xuyên, với ngân sách hầu như hoàn toàn do Nhà nước cấp, hằng năm lên tới 760 triệu USD, tiến hành các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: vật lý học, hóa học, sinh học, khoa học y học, khoa học và kỹ thuật công trình xây dựng, khoa học tính toán và điều khiển…

Lời lẽ chân tình mà trang trọng trong bức thư nói trên khiến cho tôi cảm động đến ngỡ ngàng. 15 năm qua, theo bước các nhà báo bậc thầy như Nguyễn Khắc Viện, Hữu Ngọc, tôi lặng lẽ nhận làm Phó Chủ tịch hội đồng biên tập Tạp chí đối ngoại tiếng Anh Vietnam Cultural Window (Cửa sổ Văn hóa Việt Nam) thuộc Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch, in hàng loạt bài báo và vài ba cuốn sách bằng tiếng Anh, tiếng Pháp, phát hành ra nước ngoài. Nào ngờ những tác phẩm mà chính tôi thành thật tự cảm thấy chưa có gì đặc sắc ấy hóa ra cũng được một số bạn trí thức ở nước ngoài… “liếc mắt” qua!…

Thế là, cách đây một tuần, vào lúc 0 giờ 5 phút sáng 27/9, tôi lên đường sang Nhật.

Sân bay quốc tế Kansai - một “kỳ quan hiện đại” của nước Nhật

Là một “nhà báo tự do”, tôi ra nước ngoài lần này bằng tấm hộ chiếu phổ thông màu xanh lục, như một người dân thường, cho nên không dám phiền lụy đến ai phải cất công ra tận sân bay đưa đón! Chưa có đường bay thẳng từ Hà Nội tới Kobe, tôi đành “vòng vo” đáp xuống sân bay quốc tế Kansai ở cảng biển Osaka, để rồi từ đấy, tự mình đút 1.800 JPY (đồng yên Nhật) vào máy bán vé tự động, mua lấy một tấm vé xe limousine bus - một loại bus khá sang - đến Kobe Fashion Smart, trên đảo Rokko - cũng là một hòn đảo nhân tạo - trong vịnh Kobe, nơi sắp diễn ra hội nghị quốc tế về vật chất quark.

Trước hôm lên đường, tôi lo lắng vào Internet, tự mình mày mò tìm một “lộ trình” hợp lý, chính xác, in ra hàng tệp bản đồ chi tiết của Google để… “nghiền ngẫm”! Rồi in cả biểu bảng chỉ rõ những giờ, phút nào xe limousine bus rời sân bay Kansai đi Kobe, giá vé, vì rất sợ nhỡ chuyến đến muộn, và tai hại hơn nữa là… lạc đường! Lần đầu tôi sang Nhật, “lạ nước lạ cái” mà! Lại chỉ đi một mình, không biết tiếng Nhật, chỉ nghe và nói được tiếng Anh, dù chưa thể coi là thành thạo.

Tuy nhiên, tôi đã lo quá mức! Bởi lẽ, ở sân bay Kansai, các bảng chỉ dẫn thật rõ ràng, tỉ mỉ. Hơn nữa, trong văn tự Nhật, có dùng tới hàng mấy nghìn chữ Hán, thứ chữ vuông mà tôi - cháu nội một cụ phó bảng Nho học - đã được học khá kỹ càng từ khi còn trẻ, nhờ vậy, chỉ cần xem lướt qua mặt chữ, là tôi không khó khăn lắm đoán ra ngữ nghĩa.

Sân bay Kansai được xây cất trên một hòn đảo nhân tạo, rộng 511 ha - xấp xỉ bằng Hồ Tây, Hà Nội (500 ha), hằng năm trung bình đưa đón hơn 15 triệu lượt khách, phần lớn là khách nước ngoài. Do đất hẹp người đông, nước Nhật phải đắp thêm nhiều đảo nhân tạo. Tuy nhiên, họ luôn “chơi đẹp”, chỉ tạo đảo mới trong vùng lãnh hải của nước mình, chứ không phải trên mấy rặng san hô nhỏ xíu thuộc vùng biển đang tranh chấp với các nước khác! Họ yêu chuộng hòa bình, công lý, tôn trọng Công ước Quốc tế về Luật Biển…

Để hoàn thành việc tạo đảo và xây cất sân bay Kansai, người Nhật đã phải lao động miệt mài suốt 20 năm trời ròng rã, tiêu tốn 1.500 tỷ yên. Nền móng sân bay phải “vững như bàn thạch”. Đáy biển Osaka có tầng đất nhão dày 20 m; phía dưới lại là tầng đất hồng tích, dày 400 m nữa! Các kỹ sư Nhật cho đóng 1 triệu cọc thép đến tầng đá gốc, đường kính cọc là 40 cm. Tiếp đó, để bảo vệ vùng biển tạo đảo, trong hai năm, họ đắp một con đê dài 11 km bằng những tảng đá hộc, những khúc gang cong, và những rọ đất đá, rối gia cố thêm bằng hàng triệu cọc sắt. Ba năm sau đó, họ thi công không ngừng nghỉ, đổ vào đấy hơn 180 triệu m3 cát, đắp một đảo nhân tạo cao 33 m, tính từ đáy trở lên…

Để đạt tới trọng lượng nhỏ nhất có thể, toàn bộ tòa lầu sân bay cao sừng sững không hề dùng bê-tông, mà chỉ dùng những thanh giằng bằng thép không gỉ, lắp kính màu óng ánh. Khi máy bay sắp hạ cánh, từ trên trời cao nhìn xuống, tôi trông thấy tòa lầu sân bay như một con chim đại bàng thần thoại đang xòe đôi cánh rộng, thanh thoát, uy nghi quá!…

Từ đất liền ra sân bay trên đảo, người Nhật xây một cây cầu hai tầng cho cả ô-tô và tàu hỏa, dài 3,7 km. Cầu tựa trên 31 mố, trong đó có 29 mố xây trên biển, phải đóng cọc sắt 60 m sâu xuống đáy biển. Cầu cao 108 m, gồm 12 làn đường dành cho ô-tô chạy với vận tốc 80 km/h.

Theo tính toán, phải sau 50 năm, đảo mới ổn định. Bởi vì, hiện nay, mỗi ngày đảo lún 1 mm. Tuy nhiên, người Nhật đã tính kỹ: Nửa thế kỷ sau, khi đảo đã ổn đình, sân bay vẫn cao hơn mặt biển 4 m và, như vậy, đạt tới mức an toàn vĩnh cửu.

Nước Nhật đất không rộng, không giàu tài nguyên như nước Mỹ, số dân không đông như Trung Quốc, không lắm tiền nhiều của như Kuwait, Saudi Arabia… Song, bằng trí thông minh, lòng quả cảm và đức kiên trì gần như vô hạn, họ đã tạo nên bao kỳ tích khiến cả thể giới nể phục, ngưỡng mộ…

Từ nguyên tử đến hạt nhân, đến hạt cơ bản, rồi đi tới… quark!

Nguyên tử trong tiếng Anh là atom, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp atomos có nghĩa là không thể chia cắt được. Cách đây hơn hai nghìn năm, một số nhà triết học kiệt xuất ở Ấn Độ và Hy Lạp, bằng suy lý thuần túy tư biện, đã để xuất khái niệm nguyên tử, với ngữ nghĩa là cấu phần nhỏ nhất của vật chất, không thể chia cắt được. Chúng tạo thành mọi dạng vật chất, như những viên gạch bé xíu xây nên Vũ trụ bao la này. Từ một cánh bướm nhiều màu sặc sỡ, một đóa hoa đồng nội lặng lẽ tỏa hương, cho đến đỉnh núi Everest sừng sững ngất trời, tất cả đều là do các nguyên tử kết hợp lại tạo nên…

Tuy nhiên, đến cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, các nhà vật lý mới mô tả được tường minh rằng nguyên tử còn có “cấu trúc bên trong”, nghĩa là nó chẳng phải “không thể chia cắt được”! Thật ra, nó bao gồm một hạt nhân và một hoặc nhiều điện tử (electron) quay xung quanh. Thế rồi, “xoi mói” sâu hơn nữa vào cấu trúc hạt nhân, họ lại biết thêm rằng nó được tạo thành bởi những cấu phần còn nhỏ hơn nữa, gọi là các proton và neutron - những hạt cơ bản hay còn gọi là hạt sơ cấp.

Ấy thế nhưng, vào năm 1964, Murray Gell-Mann, độc lập với George Zweig, bỗng đề xuất mô hình quark, có nghĩa proton, neutron chưa phải là… “hạt cơ bản”! Theo hai ông, chúng là tổ hợp của những hạt cơ bản nhỏ hơn - đó là các hạt quark. M. Gell-Mann suy đoán toán học dựa trên lý thuyết nhóm của Galois, để đưa ra mô hình quark, chưa có bằng chừng thực nghiệm nào, cho nên, lúc đầu, bị phần lớn cộng đồng vật lý quốc tế cho là phi lý, bởi lẽ các quark có… điện tích phân số!

Chính Jerome Friedman, nhà bác học Mỹ gốc Nga, cùng Henri Kandall và Richard Taylor là những người đầu tiên trên thế giới “thấy” được quark, bằng cách dùng những chùm electron và neutrino - với vận tốc xấp xỉ vận tốc ánh sáng - bắn phá vào proton và neutron. Tất nhiên, việc đó chỉ có thể thực hiện được trong máy gia tốc SLAC ở Đại học Stanford, San Francisco. Tử đấy, tiên đoán lý thuyết của M. Gell-Mann mới được chứng thực. J. Friedman cùng H. Kandall và R. Taylor nhận Giải thưởng Nobel năm 1990.

Tôi đã được nghe chính J. Friedman nói chuyện tại Hà Nội vể chủ đề: “Phải chăng chúng ta được cấu tạo từ các quark?” Câu trả lời là: Hiển nhiên! Bởi lẽ, con người được tạo thành từ những nguyên tử, thể mà các nguyên tử lại được tạo thành từ các quark.

Có thể kể thêm điều này: Những năm còn trẻ, TS Trần Thanh Vân cũng đã góp phần nghiên cứu các cấu phần “cơ bản” hơn, tạo nên hạt neutron, lúc bấy giờ, chưa được gọi là quark, mà còn gọi là parton. Thành tích khoa học đó đã được Viện Vật lý Mỹ nhắc tới trong quyết định tặng Huy chương Tate cho GS Vân vào năm 2012. Ông là người châu Á thứ ba được nhận vinh dự cao quý đó.

Bình thường các quark bị “cầm tủ” trong neutron và proton, không sao thoát nổi! Tuy nhiên, trong những điều kiện cực đoan, khi năng lượng đạt tới mức hàng nghìn tỷ độ Kelvin, (!!!), thì các quark không còn bị giam cầm nữa, dẫn đến sự hình thành một dạng plasma cực nóng của các quark và gluon chuyển động tự do, gọi là plasma quark - gluon, với dòng chảy có độ nhớt gần mức lý tưởng.

Năm 2005, nhà vật lý lý thuyết người Việt Nam Đàm Thanh Sơn, cùng hai đồng nghiệp người Mỹ là P. K. Kovtun và A. O. Starinets, gọi tắt là nhóm KSS, công bố một công trình đột phá về lỗ đen lỏng (liquid black hole), trong không-thời gian 11 chiều (11 dimensional space-time), trên tạp chí Physical Review Letters  - một trong những tạp chí vật lý uy tín nhất trên thế giới hiện nay. Bài báo đưa ra một hằng số vật lý mới, về sau, được gọi là hằng số KSS. Tháng 4/2014, GS Đàm Thanh Sơn được bầu làm Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

Công trình của Đàm Thanh Sơn được nhiều lần trích dẫn trong các bản báo cáo tại hội nghị lần này, dưới cái tên tác giả là Dam Son hay Son (không dấu). Tuy nhiên, các đồng nghiệp nước ngoài ít ai biết anh là người Hà Nội, nổi tiếng “thần đồng” ngay từ khi mới 8 tuổi, và, năm 15 tuổi, đoạt huy chương vàng Olympic Toán quốc tế ở Prague, với số điểm tuyệt đối 42/42.

Nghiên cứu vật chất quark hiện là “lĩnh vực nghiên cứu đầy hứng thú” của vật lý học đỉnh cao, như trong bức thư mời mà các nhà vật lý Nhật Bản gửi cho tôi.

Các máy gia tốc cực mạnh ở Geneva (Thụy Sĩ) và ở Brookhaven (Mỹ) đã và đang cố gắng tạo ra những “tiểu Big Bang” để nghiên cứu vật chất quark ở nhiệt độ lên tới hàng trăm triệu độ Kelvin.

Quark Matter 2015 có sức hấp dẫn lớn

Chỉ 4 tiếng đồng hồ nghỉ ngơi sau khi trở về tới Hà Nội, uống một chén trà đặc, ăn qua quýt một mẩu bánh mì với sữa nóng, tôi đã vội ngồi ngay vào trước bàn phím máy tính, gõ bài tường thuật này.

Vật lý học đỉnh cao đang cố gắng soi tỏ những bí ẩn cơ bản nhất trong thế giới vô cùng nhỏ của các quark, cũng như thế giới vô cùng lớn của các tinh vân và các thiên hà…

Thế mà, đúng như lời nhà vật lý thiên tài Albert Einstein đã nói: “Cái đẹp đẽ nhất mà chúng ta có thể trải nghiệm được là cái bí ẩn. Đó là cảm xúc nền tảng của nghệ thuật và khoa học chân chính. Kẻ nào không biết đến nó, không còn khả năng ngạc nhiên hay kinh ngạc, kẻ đó coi như đã chết, đã tắt rụi lửa sống trong lòng mình” (dẫn theo nhà vật lý Đào Vọng Đức, Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Thế giới Thứ ba).

Quark Matter 2015 thu hút hơn 700 nhà vật lý thuộc 35 nước tới Kobe, trong đó có 240 người từ châu Á. Ngoài ra, còn có thêm 250 sinh viên vật lý người Nhật tới nghe.

GS Hideki Hamagaki, chủ tịch Ban Tổ chức địa phương, đọc lời chào mừng trong buổi lễ khai mạc. Tiếp đến là diễn văn của GS Kumie Inose, chủ tịch Hội Vật lý Nhật Bản; của ngài thị trưởng Kobe Kizo Hisamoto: của GS Takaharu Otsuka, giám đốc Trung tâm Nghiên cứu hạt nhân ở Đại học Tokyo; và của GS Hideto Enyo, giám đốc Trung tâm Nishina thuộc RIKEN. Đặc biệt, Thủ tướng Nhật Bản Shino Abe đã gửi điện mừng…

Ngay sau lễ khai mạc, GS Hideki Hamagaki ưu ái dành cho tôi một cuộc trả lời phỏng vấn. Thoạt đầu, tôi cứ tưởng ông chỉ tiếp tôi trong vòng 15-20 phút, trả lời dăm ba câu hỏi giản đơn, công thức. Nào ngờ, về sau, cuộc “phỏng vấn” kéo dài hơn ba tiếng đồng hồ, bởi vì nó biến thành một cuộc trò chuyện thân tình về những nét tương đồng trong truyền thống văn hóa của Nhật Bản và Việt Nam, ảnh hưởng của đạo Phật và đạo Khổng ở hai nước, về Kỷ nguyên Minh Trị (Meiji Era) ở Nhật Bản, cũng như về văn hóa các nước Đông Á nói chung. GS H. Hamagaki cũng như tôi đều yêu thích thơ Khuất Nguyên, Lý Bạch, Đỗ Phủ, truyện ngắn Lỗ Tấn…

Cũng may, suốt 15 năm qua, làm việc tại tờ tạp chí tiếng Anh Vietnam Cultural Window, cho nên tôi có điều kiện tìm đọc nhiều cuốn sách và tờ tạp chí Đông phương học bằng tiếng Anh…

Bài và ảnh: Hàm Châu