Trong vũ trụ rộng lớn, mọi hành tinh, mỗi hạt bụi, và thậm chí mỗi hạt cơ bản vô hình đều có khối lượng riêng của nó. Khối lượng là nền tảng cho sự tồn tại của một vật thể, và nó quyết định cách nó di chuyển và tương tác với nhau. Tuy nhiên, khi chúng ta cố gắng khám phá vũ trụ dường như đơn giản nhưng không ngừng mở rộng này, bản chất của khối lượng trở thành một câu đố khó hiểu. Chính xác thì nó là gì? Nó xảy ra như thế nào?

Để tìm kiếm câu trả lời, các nhà khoa học đã vượt qua từ đại vũ trụ sang vũ trụ vi mô, từ các thiên hà xa xôi đến các hạt cơ bản tạo nên mọi thứ. Họ phát hiện ra rằng để hiểu được bí ẩn về khối lượng của vũ trụ, có thể cần phải bắt đầu ở quy mô nhỏ nhất, khám phá những bí mật không thể nhìn thấy bằng mắt thường.

Mọi vật thể chúng ta nhìn thấy, cho dù đó là một ngọn núi hùng vĩ hay một tế bào nhỏ, đều được tạo thành từ các nguyên tử. Và hạt nhân, thế giới của các hạt nhỏ, là cơ sở của tất cả vật chất. Sâu trong hạt nhân của nguyên tử, có một định luật đơn lẻ được gọi là cơ học lượng tử, mô tả cách các hạt vi mô hoạt động, hoàn toàn khác với những gì chúng ta trải nghiệm trong cuộc sống hàng ngày.

Cơ học lượng tử cho chúng ta biết rằng các hạt siêu nhỏ không có vị trí và vận tốc xác định như các vật thể vĩ mô, và chúng tồn tại ở trạng thái xác suất, mơ hồ. Đáng ngạc nhiên hơn, cơ học lượng tử cũng dự đoán hoạt động trong không gian trống - các hạt liên tục xuất hiện và biến mất ngay cả trong không gian dường như trống rỗng, một quá trình được gọi là dao động lượng tử. Tất cả những điều này xảy ra trên một quy mô nhỏ hơn hạt nhân của một nguyên tử.

Lý thuyết cơ học lượng tử đưa chúng ta đến một thế giới tuyệt vời đầy sự ra đời và cái chết của các hạt, ngay cả trong không gian không có bất kỳ vật chất nào. Những hạt này xuất hiện trong hư vô, sau đó chết ngay lập tức, giống như những bóng ma của vũ trụ, đến và đi mà không để lại dấu vết. Mặc dù sự hiện diện của những hạt này không thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng hoạt động của chúng có thể có tác động đến vật chất xung quanh chúng.

Hoạt động dao động của các hạt như vậy không chỉ xác nhận rằng không gian trống không thực sự là hư vô, mà còn cho chúng ta một sự hiểu biết mới về mối quan hệ giữa vật chất và năng lượng. Trên giai đoạn vi vũ trụ này, không gian hư không không còn là nền tĩnh và không thay đổi, mà là một hệ thống năng động năng động và thay đổi liên tục.

Hiệu ứng Casimir là một hiện tượng đặc biệt được dự đoán bởi cơ học lượng tử chứng minh sức mạnh của hoạt động trong không gian hư không. Trong số 1948, Hendrik Casimir đã đưa ra một giả thuyết: nếu hai tấm kim loại được đặt rất gần nhau, hoạt động lượng tử trong không gian trống giữa chúng sẽ khác nhau. Casimir tin rằng vì không gian giữa các tấm ván quá nhỏ, các hạt có năng lượng nhất định sẽ không thể tồn tại, vì vậy các tấm ván sẽ bị đẩy vào nhau bởi một lực vô hình.

Lý thuyết này nghe có vẻ mang tính cách mạng vào thời điểm đó, và mãi cho đến nhiều năm sau, các nhà khoa học mới xác minh bằng thực nghiệm hiệu ứng này. Khi các tấm kim loại được đặt gần nhau, chúng thực sự bị đẩy lại với nhau bởi hoạt động trong không gian hư không, như Casimir đã dự đoán. Thí nghiệm này không chỉ xác nhận các dự đoán của cơ học lượng tử, mà quan trọng hơn, nó cho chúng ta thấy rằng ngay cả không gian trống rỗng cũng có khả năng di chuyển các vật thể và ảnh hưởng đến thực tế.

在探索宇宙质量之谜的旅程中，人类建造了史上最强大的科学装置——大型强子对撞机（LHC）。这座位于瑞士日内瓦的巨型机器，深入地下五十米，其任务是将次原子粒子加速至接近光速，然后让它们在高速对撞中破碎，从而揭示物质最深层次的秘密。

LHC không chỉ là một phép màu của công nghệ mà còn là biểu tượng của sự tò mò của con người. Nó rất tốn kém để xây dựng và vận hành, liên quan đến sự hợp tác của các nhà khoa học ở hàng chục quốc gia trên thế giới. Thông qua phân tích các mảnh hạt do máy va chạm tạo ra, các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều hạt mới tiếp tục thách thức sự hiểu biết của chúng ta về thành phần của vật chất. Mục tiêu cuối cùng của LHC là tìm ra một hạt quan trọng được gọi là hạt Higgs, được cho là một môi trường bí ẩn mang lại khối lượng cho các hạt khác.

Trong thế giới vật lý hạt, trường Higgs là một khái niệm quan trọng. Nó được Peter Higgs đề xuất vào năm 1964 để giải thích một câu hỏi trung tâm: tại sao các hạt cơ bản có khối lượng khác nhau? Theo lý thuyết trường Higgs, trường này có mặt ở khắp mọi nơi, nó bao quanh mọi hạt như đại dương và các hạt tăng khối lượng khi chúng đi qua trường này.

Lý thuyết này cho rằng việc tạo ra khối lượng là do sự tương tác của các hạt với trường Higgs. Cũng giống như các diễn viên có danh tiếng và kích thước khác nhau đi qua các tay săn ảnh, các hạt có mức độ khó khác nhau khi chúng đi qua trường Higgs, dẫn đến những phẩm chất khác nhau mà họ có được. Tương tác này cho phép các hạt nhẹ xâm nhập dễ dàng, trong khi các hạt nặng chịu lực cản lớn hơn trong trường và do đó có khối lượng lớn hơn. Lý thuyết trường Higgs cung cấp cho chúng ta một khuôn khổ để hiểu cách các hạt tăng khối lượng, và việc xác nhận lý thuyết này sẽ là một bước đột phá lớn trong vật lý.

Trong khi lý thuyết trường Higgs hấp dẫn về mặt lý thuyết, nó là một thách thức để chứng minh sự tồn tại của nó. Để tìm ra các hạt Higgs có thể chứng minh sự tồn tại của trường Higgs, các nhà khoa học đã chế tạo các máy gia tốc hạt như LHC. Các hạt Higgs được coi là cực kỳ hiếm và khó phát hiện, chúng giống như những bóng ma trong vũ trụ, chỉ xuất hiện trong thời gian ngắn trong điều kiện khắc nghiệt.

Tầm quan trọng của việc tìm kiếm hạt Higgs không chỉ là xác minh sự tồn tại của trường Higgs, mà còn là cách nó sẽ thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Nếu chúng ta tìm thấy hạt Higgs, chúng ta sẽ có thể xác nhận nguồn gốc của khối lượng vật chất và hiểu thêm cách các hạt kết hợp để tạo thành mọi thứ chúng ta nhìn thấy. Đây sẽ là một bước nhảy vọt trong sự hiểu biết của nhân loại về thế giới tự nhiên, và nó sẽ đưa sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ lên một tầm cao mới.