Các nhà vật lý vừa phát hiện một kiểu chuyển hoá mới các hạt cơ bản là nơtrino. Chúng tham gia vào 2 trong số 4 loại tương tác cơ bản là tương tác yếu và tương tác hấp dẫn. Trong quá trình thực nghiệm dùng máy dò siêu nhạy T2K tại Nhật, đã xảy ra hiện tượng nơtrino muy (meson neutrino) chuyển hoá th...
Các nhà vật lý vừa phát hiện một kiểu chuyển hoá mới các hạt cơ bản là nơtrino. Chúng tham gia vào 2 trong số 4 loại tương tác cơ bản là tương tác yếu và tương tác hấp dẫn. Trong quá trình thực nghiệm dùng máy dò siêu nhạy T2K tại Nhật, đã xảy ra hiện tượng nơtrino muy (meson neutrino) chuyển hoá thành nơtrino điện tử (electron neutrino). Hiện tượng này vừa được công bố trên Tạp chí Nature (Anh).
Hiện nay các nhà khoa học đều biết rằng nơtrino chia làm 3 loại là nơtrino điện tử, nơtrino muy và nơtrino tau.Trong quá trình thực nghiệm trên máy gia tốc J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) tại Tokai (Nhật Bản), người ta thu được nơtrino muy khi phóng một chùm proton năng lượng cao vào bia là graphit.
Sau đó, các nơtrino này hướng vào một máy dò lớn là Super-K, đặt cách J-PARK 295 km tại mỏ kẽm Kamioka, sâu 1 km dưới mặt đất. Khi phân tích các số liệu trên máy dò trong suốt thời gian từ tháng 1-2010 đến 11-3-2011 thì phải ngừng vì Tokai nằm trong vùng động đất.
Máy gia tốc J-PARK của Nhật Bản.
Trong suốt thời gian đó, máy dò Super-K đã ghi nhận 88 lần, tương ứng với sự phát hiện nơtrino trong đó có 6 lần phát hiện nơtrino điện tử. Các số liệu mới giúp các nhà khoa học nghiên cứu vấn đề nơtrino và phản-nơtrino (antineutrino) có những tính chất giống hệt nhau hay không sau khi đo những dao động của chúng và so sánh với dao động của nơtrino “thường”. Đối với các chuyên gia, những thông tin này rất cần thiết để giải thích vì sao khi quan sát vũ trụ người ta không hề thấy có phản vật chất, mặc dù khi Vụ nổ lớn (Big Bang) xảy ra, số lượng của hai loại vật chất này là như nhau.
Theo thông báo cùa Hãng thông tấn Nga Itar-Tass, Viện nghiên cứu hạt nhân thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga đã ghi nhận được 6 lần có sự chuyển hoá, nói theo ngôn ngữ của các nhà khoa học, là 6 lần dao động của nơtrino này biến thành dao động của nơtrino khác, cụ thể nơtrino muy thành nơtrino điện tử.
Giáo sư Iuri Kudenko, giám đốc Phòng thí nghiệm hạt nhân Nga cho biết: “Cho đến nay, người ta chưa thấy những chuyển hoá như vậy vi phạm các định luật về tính đối xứng và bảo toàn tính đối xứng của các lepton – nhóm hạt cơ bản nhất trong số những hạt cơ bản. Nói cách khác, nền móng của vũ trụ là vững bền”.
Vấn đề là, trong vật lý học từ lâu, người ta coi nơtrino là hạt không có khối lượng. Điều đó giải thích vì sao những hạt này có thể xuyên qua được độ dày của Trái đất, không bị “vướng” vào nhau, không tương tác với bất kỳ hạt nào khác.
Với phát hiện trên kia, hoá ra chúng cũng có khối lượng. Giáo sư Kudenko thừa nhận: “Tất nhiên khối lượng nơtrino rất nhỏ. Từ những đo lường trực tiếp của Viện nghiên cứu hạt nhân thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, nó chỉ nặng dưới 2 electron-volt”.
Tuy nhiên, dù nhẹ đến như vậy, chúng có thể đưa đến những nghiên cứu ứng dụng quan trọng trong tương lai. Ví dụ, có thể tổ chức soi rọi, “chụp cắt lớp” Trái đất chẳng hạn. Không những chúng giúp chúng ta hiểu biết một cách chính xác và chi tiết cấu tạo của Trái đất mà còn phát hiện được những khoáng sản có ích năm rất sâu trong lòng đất.
Các nhà vật lý vừa công bố một phát hiện mới về nơtrino, nhóm hạt cơ bản nổi tiếng vì khả năng xuyên qua vật chất gần như không bị cản trở.
Trong tự nhiên, nơtrino tham gia vào hai trong bốn loại tương tác cơ bản, gồm tương tác yếu và tương tác hấp dẫn.
Điểm đáng chú ý lần này là nơtrino muy đã được quan sát chuyển hóa thành nơtrino điện tử trong một thí nghiệm quy mô lớn tại Nhật Bản.
Nơtrino hiện được chia thành ba loại chính, gồm nơtrino điện tử, nơtrino muy và nơtrino tau, dựa trên đặc điểm dao động của chúng.
Khi di chuyển trong không gian, những hạt này có thể thay đổi loại, hiện tượng được các nhà khoa học gọi là dao động nơtrino.
Kết quả mới cung cấp bằng chứng rõ ràng hơn về một dạng chuyển hóa từng được dự đoán, đồng thời mở thêm hướng nghiên cứu vật lý hạt.
Thí nghiệm được thực hiện trong khuôn khổ T2K, sử dụng máy gia tốc J-PARC tại Tokai, Nhật Bản, để tạo ra chùm nơtrino muy năng lượng cao.
Các nhà nghiên cứu phóng proton năng lượng cao vào một bia graphit, từ đó tạo ra những hạt nơtrino muy phục vụ quá trình đo đạc.
Chùm hạt sau đó được hướng xuyên qua lòng đất tới máy dò Super-K, đặt cách J-PARC 295 km tại mỏ kẽm Kamioka.
Super-K nằm sâu khoảng 1 km dưới mặt đất, vị trí giúp giảm ảnh hưởng của nhiều loại bức xạ và tín hiệu gây nhiễu từ môi trường bên ngoài.
Thiết bị siêu nhạy này có nhiệm vụ ghi lại dấu hiệu hiếm hoi xuất hiện khi nơtrino tương tác với vật chất trong máy dò.
Nhờ khoảng cách rất lớn giữa nơi tạo hạt và nơi quan sát, các nhà khoa học có thể theo dõi quá trình dao động trong suốt hành trình.
Dữ liệu được thu thập từ tháng 1-2010 đến ngày 11-3-2011, trước khi chương trình phải tạm dừng vì khu vực Tokai hứng chịu động đất.
Trong thời gian hoạt động, Super-K ghi nhận 88 sự kiện tương ứng với việc phát hiện nơtrino, trong đó có sáu sự kiện là nơtrino điện tử.
Sáu trường hợp này cho thấy một phần nơtrino muy ban đầu đã thay đổi dạng trước khi đến máy dò đặt tại Kamioka.
Phát hiện được công bố trên Tạp chí Nature của Anh, thu hút sự quan tâm vì liên quan trực tiếp đến những câu hỏi nền tảng của vũ trụ học.
Các số liệu giúp giới nghiên cứu so sánh dao động của nơtrino với phản-nơtrino, qua đó kiểm tra liệu hai loại hạt có tính chất giống hệt nhau hay không.
Kết quả so sánh có thể hỗ trợ việc lý giải vì sao vũ trụ hiện nay gần như không còn phản vật chất, dù Big Bang được cho là tạo ra hai loại với số lượng tương đương.
Theo thông tin được Hãng thông tấn Nga Itar-Tass đưa tin, Viện nghiên cứu hạt nhân thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga cũng ghi nhận sáu lần chuyển hóa tương tự.
Giáo sư Iuri Kudenko, giám đốc Phòng thí nghiệm hạt nhân Nga, cho biết các chuyển hóa quan sát được chưa cho thấy sự vi phạm những định luật đối xứng.
Ông nhấn mạnh điều này phù hợp với tính bảo toàn đối xứng của lepton, nhóm hạt cơ bản quan trọng cấu thành nền móng vật lý của vũ trụ.
Một hệ quả đặc biệt quan trọng nằm ở khối lượng của nơtrino, bởi trong thời gian dài vật lý học từng xem chúng là những hạt không có khối lượng.
Quan niệm cũ giúp giải thích khả năng nơtrino xuyên qua Trái đất mà rất ít bị cản trở hoặc tương tác với những hạt khác.
Tuy nhiên, dao động giữa các loại nơtrino cho thấy chúng phải có khối lượng, dù khối lượng ấy nhỏ đến mức khó đo trực tiếp.
Giáo sư Kudenko cho biết các phép đo trực tiếp tại Viện nghiên cứu hạt nhân thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga xác định khối lượng nơtrino dưới 2 electron-volt.
Con số này cực kỳ nhỏ, nhưng không khiến nơtrino mất đi giá trị khoa học, bởi chính đặc tính xuyên thấu của chúng tạo ra nhiều khả năng ứng dụng.
Trong tương lai, các chùm nơtrino có thể được dùng để soi rọi hoặc “chụp cắt lớp” Trái đất, giúp khảo sát cấu trúc sâu bên trong và phát hiện khoáng sản hữu ích nằm ở những vùng rất khó tiếp cận.
