Neutrino là gì: Từ A đến Z

“…Chúng tôi không cho phép những neutrino nhanh-hơn-ánh-sáng có mặt ở đây”, một người hầu bàn nói. “Báo cáo sếp, một neutrino vừa đi vào quán chúng ta…” Khi xuất hiện bài báo công bố khả năng các hạt hạ nguyên tử chuyển động nhanh hơn ánh sáng và khả năng du hành xuyên thời gian, những câu chuyện đùa vui như thế đã ra đời. Nhưng rõ ràng chuyển động siêu nhanh không phải là điều lạ duy nhất mà chúng ta biết về neutrino (Notrino, nơ tri nô).

Neutrino chậm lại

Chính xác thì neutrino là gì?

Notrino là gì? Không mang điện tích và khối lượng gần như bằng không, neutrino (phiên âm notrino, nơ tri nô) là những hạt cơ bản mờ ám nhất, hiếm khi tương tác với vật chất thông thường và lướt êm qua cơ thể, nhà cửa của chúng ta và Trái đất với số lượng hàng nghìn tỉ hạt đi qua mỗi giây.

Lần đầu tiên được dự đoán vào năm 1930 bởi Wolfgang Pauli, người giành giải thưởng Nobel cho công trình này vào năm 1945, neutrino được sinh ra trong những phản ứng hạt nhân đa dạng: nhiệt hạch, phản ứng cấp nguồn cho mặt trời; phân hạch, đã được con người khai thác để chế tạo vũ khí và cung cấp năng lượng; và trong sự phân rã phóng xạ tự nhiên trong lòng Trái đất.

Nếu chúng ám muội như vậy, làm thế nào chúng ta biết rốt cuộc chúng có mặt hay không?

Các neutrino quỷ quyệt thường tránh tiếp xúc với vật chất, nhưng có đôi lúc, chúng lao vào một nguyên tử để tạo ra một tín hiệu cho phép chúng ta quan sát chúng. Fredrick Reines lần đầu tiên phát hiện ra chúng vào năm 1956, giành về Giải Nobel năm 1995.

Phổ biến nhất là những thí nghiệm sử dụng những cái hồ lớn chứa nước hoặc dầu. Khi neutrino (notrino) tương tác với các electron hay hạt nhân của các phân tử nước hoặc dầu đó, chúng giải phóng một lóe sáng mà những bộ cảm biến có thể phát hiện ra.

Những thí nghiệm này đặt ở đâu?

Ngày nay, rất nhiều kĩ thuật công nghệ cao và tốn kém đã đi vào những máy dò hạt xây dựng bên dưới lòng đất để che chắn chúng trước những hạt không mong muốn có thể gây nhiễu với chúng. Ví dụ, OPERA, thí nghiệm phát hiện ra những neutrino dường như chuyển động nhanh hơn ánh sáng gửi từ CERN tới, nằm bên dưới ngọn núi Gran Sasso ở Italy. Thí nghiệm này hoạt động vì các neutrino xuyên thẳng qua những lá chắn như thế.

Những máy dò hạt khác phát hiện ra các neutrino sinh ra trong tự nhiên. Một máy dò như thế - ANTARES – nằm sâu hàng dặm dưới Địa Trung Hải, trong khi một máy dò hạt khác, IceCube, thì chôn bên dưới khối băng Nam Cực.

Xin xem thêm bài Lời giải cho bài toán neutrino còn thiếu

Neutrino đẹp hay xấu?

Sự quỷ quyệt của chúng khiến ta có ấn tượng không tốt về tầm quan trọng của neutrino. Lấy ví dụ các chiều bổ sung. Đa số các hạt có hai loại: một loại quay theo chiều kim đồng hồ và một loại quay ngược chiều kim đồng hồ. Neutrino là những hạt duy nhất dường như chỉ quay ngược chiều kim đồng hồ. Một số nhà lí thuyết cho biết đây là bằng chứng cho những chiều bổ sung, cái có thể chứa những neutrino thuận phải, ‘đang thiếu’.

Còn gì khác nữa không?

Những neutrino thuận phải chưa nhìn thấy cũng có thể giải thích cho vật chất tối bí ẩn. Đây được xem là cái chiếm 80% toàn bộ vật chất trong vũ trụ và làm các thiên hà ngừng bay ra xa nhau. Quan điểm là các neutrino thuận phải có lẽ nặng hơn nhiều so với các neutrino thuận trái và vì thế có thể mang lại lực hấp dẫn cần thiết.

Và “mùi” của chúng thì sao?

Một điều kì lạ nữa về neutrino là chúng có ít nhất ba loại hay ba “mùi” (flavour) – tau, electron và muon – và có thể biến hình từ mùi này sang mùi khác. Những thí nghiệm trong thời gian gần đây cho thấy có lẽ có những khác biệt ở cách thức các phản neutrino và neutrino biến hình, cái hóa ra có thể giải thích làm thế nào phát sinh sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ sơ khai.

Neutrino (notrino) có ứng dụng thực tiễn nào hay không?

Các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu. Một số nhà vật lí hi vọng phát hiện ra những neutrino giải phóng bởi những lò phản ứng hạt nhân bí mật. Những người khác thì mơ tới việc sử dụng làm cơ sở của một hệ viễn thông mới lạ sẽ cho phép tin nhắn truyền đi đến phía bên kia của thế giới mà không cần dây dẫn, cáp nối hay vệ tinh. Trong khi đó, máy dò hạt dưới nước ANTARES đang kiêm luôn một kính thiên văn tìm kiếm sự sống đại dương. Đó là vì, đồng thời với neutrino, nó có thể phát hiện ra ánh sáng giải phóng bởi những sinh vật và vi khuẩn phát quang.

Nguồn: New Scientist