Neutrino giúp giải thích phản vật chất?

Neutrino, những hạt gần như không tương tác với vật chất, vừa đem đến một manh mối đáng chú ý cho câu hỏi lớn về nguồn gốc cấu trúc vũ trụ. Các hạt này được tạo ra tại những lò phản ứng hạt nhân ở Daya Bay, miền Nam Trung Quốc, rồi theo dõi trong quá trình chúng di chuyển. Kết quả cho thấy neutrino có thể thay đổi dạng thái nhanh hơn dự đoán trước đây, mở ra hy vọng giải thích vì sao vũ trụ chứa vật chất thay vì phản vật chất. Neutrino và phản neutrino đều tồn tại dưới ba dạng thái, gồm electron, moun và tau, dù chúng có khối lượng cực nhỏ và khả năng xuyên qua vật chất rất mạnh. Trong hành trình xuyên không gian, một neutrino có thể liên tục chuyển từ dạng thái này sang dạng thái khác, hiện tượng được gọi là dao động neutrino. Mức độ biến đổi ấy được mô tả bằng ba tham số mang tên theta12, theta23 và theta13, vốn giữ vai trò quan trọng trong việc hiểu hành vi của các hạt này. Trước đây, giới vật lý đã đo được theta12 và theta23, nhưng theta13 vẫn là mảnh ghép khó xác định trong bức tranh dao động neutrino. Đến tháng Sáu năm ngoái, phòng thí nghiệm T2K tại Nhật Bản ghi nhận neutrino có dấu hiệu chuyển thành neutrino electron, cung cấp những ước tính ban đầu cho tham số còn thiếu. Tuy nhiên, chuyên gia Kam-Biu Luk thuộc Đại học California, Berkeley, cho rằng quan sát của T2K vẫn dựa trên hai tham số đã biết, nên chưa thể xác định một giá trị duy nhất cho theta13. Bước tiến quan trọng xuất hiện tại Lò phản ứng Hạt nhân Daya Bay, nơi các nhà vật lý nghiên cứu phản neutrino phát ra từ sáu lò phản ứng đang hoạt động. Nhóm nghiên cứu theo dõi sự thay đổi của các phản neutrino trong quá trình chúng rời khỏi khu vực lò phản ứng và truyền qua những khoảng cách nhất định. Kết quả được công bố tại Viện Vật lý Năng lượng Bắc Kinh vào ngày 8/3 vừa qua, theo thông tin được NewScientist đưa tin. Phân tích dữ liệu từ Daya Bay cho phép các nhà khoa học xác định kích cỡ của theta13 rõ ràng hơn so với những kết quả trước đó. Kam-Biu Luk nhận xét rằng cuối cùng giới nghiên cứu đã biết kích cỡ tham số này, đồng thời phát hiện nó hoàn toàn không nhỏ như nhiều người từng nghĩ. Con số lớn hơn dự kiến khiến theta13 trở thành một yếu tố đặc biệt đáng chú ý trong các nghiên cứu tiếp theo về neutrino và phản neutrino. Ý nghĩa của phát hiện không chỉ nằm ở việc hoàn thiện bảng tham số mô tả dao động neutrino, mà còn liên quan đến một bí ẩn rộng lớn hơn của vũ trụ. Nhà vật lý Francis Halzen thuộc Đại học Wisconsin-Madison đánh giá tác động của kết quả này là rất lớn đối với hướng nghiên cứu hiện nay. Khi theta13 đã được xác định, các nhà khoa học có thêm cơ sở thiết kế những thí nghiệm chuyên sâu, thay vì chỉ dựa vào những ước tính chưa chắc chắn trước đó. Mục tiêu tiếp theo là kiểm tra xem neutrino có hành xử khác phản neutrino hay không trong những điều kiện tương đương. Nếu sự khác biệt ấy tồn tại, nó có thể cung cấp manh mối cho hiện tượng bất đối xứng vật chất, phản vật chất, vốn quyết định thành phần của vũ trụ ngày nay. Các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm khả năng này vì theo những hiểu biết hiện tại, vật chất và phản vật chất lẽ ra phải được tạo ra với số lượng gần tương đương. Sau Vụ Nổ Lớn, một sự chênh lệch nhỏ giữa vật chất và phản vật chất có thể đã giúp phần vật chất còn lại tồn tại, hình thành sao, hành tinh và sự sống. Phát hiện tại Daya Bay chưa trực tiếp giải đáp câu hỏi ấy, nhưng nó cung cấp thông số cần thiết để các thí nghiệm tương lai tìm kiếm khác biệt giữa neutrino và phản neutrino. Vì vậy, những hạt gần như vô hình này đang trở thành công cụ quan trọng giúp giới vật lý lần lại câu chuyện vì sao vũ trụ cuối cùng nghiêng về vật chất.