Các nhà vật lí ở Mĩ khẳng định đã chứng kiến, lần đầu tiên, sự phát xạ một cặp neutron trong sự phân rã của một hạt nhân nguyên tử. Sự phân rã “dineutron” như vậy có thể mở rộng kiến thức của chúng ta về lực tương tác mạnh, lực liên kết hạt nhân lại với nhau, và những quá trình xảy ra trong các sao neutron.
Sự phân rã hạt nhân xảy ra khi các nguyên tử biến đổi để trở nên bền hơn. Những loại được biết rõ nhất là phân rã alpha, trong đó một hạt nhân helium được phát ra, phân rã beta, trong đó phát ra một electron hoặc positron, và phân rã gamma, trong đó phát ra tia gamma. Ngoài ra còn có những phân rã liên quan đến sự phát xạ một proton độc thân hoặc một neutron độc thân.
Tuy nhiên, trong những thập niên qua, người ta ngày một quan tâm đến những dạng phân rã hiếm gặp hơn. Vào năm 2002, các nhà khoa học đã phát hiện thấy sắt-45 – đồng vị chứa ít hơn 9 neutron so với đồng vị sắt bền nhất, sắt-54 – phân rã với sự phát xạ hai proton. Kể từ đó, đã có một số bằng chứng rằng hai proton trong sự phát xạ như vậy có thể ghép cặp thành một “diproton” có thời gian sống ngắn. Tuy nhiên, đây là cái không rõ ràng: điện tích của các proton buộc các hạt phải xa nhau, nên chúng không thể dễ gì được phát hiện chung với nhau.
Trên nguyên tắc, việc quan sát thấy một dineutron sẽ ít đáng nghi hơn, vì neutron không có điện tích để làm nhòe dữ liệu. Các dineutron đã được quan sát thấy gián tiếp ở những đồng vị helium giàu neutron, ví dụ như helium-6 và helium-8, trong đó một số neutron tồn tại thành một “quầng neutron” vây xung quanh hạt nhân ở giữa. Tuy nhiên, nay Artemis Spyrou thuộc trường Đại học Michigan và các đồng sự tin rằng họ đã phát hiện ra những dineutron ở bên ngoài một hạt nhân, trong sự phân rã hạt nhân. “Kết quả này có ý nghĩa quan trọng vì nó cho thấy một tính chất của hạt nhân mà không chúng ta không biết là có thể,” Spyrou nói,
Artemis Spyrou và các đồng sự có thể đã nhìn thấy các dineutron bên trong những hạt nhân đang phân rã. (Ảnh: Đại học Michigan)
Quá nhiều neutron
Nơi hiển nhiên để bắt đầu tìm kiếm sự phân rã dineutron là ở những hạt nhân có chứa quá nhiều neutron – nghĩa là những hạt nhân đó muốn mất ít nhất hai neutron để trở nên bền hơn. Những hạt nhân giàu neutron như vậy có xu hướng phân rã mỗi lượt một neutron, chứ không phải hai neutron cùng lúc. Nhưng không phải hạt nhân nào cũng chọn sự phân rã từng bước một: beryllium-16 không sẵn sàng phát ra một neutron độc thân vì như thế sẽ để lại hạt nhân beryllium-15 còn kém bền hơn.
Nhóm của Spyrou đã khảo sát beryllium-16 tìm kiếm sự phân rã dineutron. Họ đã tạo ra đồng vị này tại Phòng thí nghiệm Cyclotron Siêu dẫn tại trường Đại học Michigan bằng cách loại một proton độc thân ra khỏi một chùm boron-17. Ngay tức thì, beryllium-16 thu được phân rã hai neutron. Sau khi khảo sát thông tin năng lượng và vị trí cho cả ba hạt này – hai neutron và hạt nhân beryllium-14 còn lại – các nhà nghiên cứu tính được hai neutron đó được phát ra chung với nhau và theo cùng một chiều.
Spyrou cho biết sự cùng chiều như vậy là thông tin quan trọng để xem quá trình trên là một phân rã dineutron. Nếu hai neutron rời khỏi hạt nhân một cách độc lập, bà nói, thì góc giữa chúng là gần như ngẫu nhiên.
“Truy tầm” những sự kiện đích thực
Bob Charity, một nhà hóa học chuyên về cấu trúc và phản ứng hạt nhân tại trường Đại học Washington ở St Louis, Mĩ, cho rằng các kết quả trên thật ấn tượng. “Một neutron độc thân có thể tương tác với một phần của máy dò hạt và trong quá trình đó nó tán xạ và tương tác với một phần khác nữa, khiến khó mà phân biệt một sự kiện neutron độc thân với một sự kiện hai neutron đích thực,” ông nói. “Nỗ lực thí nghiệm như thế... thật đáng biểu dương vì việc truy tầm các sự kiện hai neutron từ phông nền nhiễu giả sự kiện hai neutron là không đơn giản.”
Tuy nhiên, một số nhà khoa học, trong đó có Charity, hoài nghi chuyện dineutron được xem là một thực thể rõ ràng. Vì các neutron phát ra có tương liên bên trong quầng của hạt nhân beryllium, nên những nhà khoa học này nói, có khả năng chúng cũng tương liên ở bên ngoài – nhưng điều đó không có nghĩa là các neutron thật sự liên kết với nhau.
“Tôi không cảm thấy bị thuyết phục rằng cái họ nhìn thấy là một loại hạt mới,” phát biểu của Marek Pfützner, một nhà vật lí hạt nhân tại trường Đại học Warsaw ở Ba Lan và ông tin rằng khái niệm dineutron là “một cách đơn giản hóa quá mức để mô tả dữ liệu trên, nó được sử dụng khi chưa có một sự mô tả chi tiết hơn và chắc chắn hơn.”
Spyrou thì tin rằng các nhà khoa học lúc này nên hiểu tại sao sự phân rã hai neutron xảy ra, và hạt nhân nào thể hiện sự phân rã đó. “Chúng tôi đã có một số dấu hiệu của hành trạng tương tự ở hạt nhân oxygen-26, và chúng tôi đã lên kế hoạch nghiên cứu những hệ giàu neutron hơn nữa,” bà nói. “Đây là cách duy nhất sử dụng kết quả mới này để thúc đẩy lĩnh vực nghiên cứu và cải thiện kiến thức của chúng ta về hạt nhân nguyên tử.”
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
123physics – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com
