Những máy dò neutrino mạnh nhất thế giới

Bản chất hay biến hóa của các neutrino là một mảnh ghép còn thiếu của bài toán đố vật lí hạt cơ bản. Dưới đây, chúng ta hãy điểm qua công nghệ đồ sộ dùng để nghiên cứu những hạt bé nhỏ này.

Super-Kamiokande

Neutrino hiếm khi tương tác với vật chất nên cần có những thí nghiệm khổng lồ để dò tìm chúng. Ở trung tâm thí nghiệm Super-Kamiokande ở Nhật Bản là một bể thép không gỉ khổng lồ, đường kính 39 m. Nó chứa đầy 50.000 tấn nước tinh khiết. Lâu lâu thì một neutrino tương tác với khối nước đó, nó biến thành một hạt tích điện, sau đó tạo ra một lóe sáng. Có hơn 13.000 máy dò sáng cực nhạy đặt xung quanh bể nước dùng để quan sát những lóe sáng này. Chúng có thể lần ra xuất xứ của những neutrino đó là đến từ bên trong lòng đất hoặc từ bầu trời phía trên.

Super-Kamiokande cho biết các neutrino biến hình từ một loại này sang loại khác khi chúng truyền đi, theo kiểu giống như sữa dâu biến thành chocolate hoặc vanilla.

(Ảnh: Đài thiên văn Kamioka, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), Đại học Tokyo)

SNO

Đài thiên văn Neutrino Sudbury nằm sâu hơn 2 km dưới lòng đất trong một mỏ nickel ở Ontario, Canada. Giống như Super-Kamiokande, vị trí ẩn sâu dưới lòng đất của nó giúp che chắn tia vũ trụ. Trước khi ngừng hoạt động hồi năm 2006, bể SNO chứa 1000 tấn nước nặng, và cách phát hiện neutrino giống như ở Super-Kamiokande. SNO chuyên dò tìm những neutrino đến từ mặt trời. Các kế hoạch nâng cấp thí nghiệm đang trong quá trình triển khai

(Ảnh: SNO)

LSND

Máy dò Neutrino Chất lỏng Nhấp nháy LSND đã mang lại cho nền vật lí học neutrino những kết quả khó hiểu nhất của nó. Thí nghiệm chạy tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos ở New Mexico cho đến năm 1998. Nó nghiên cứu các neutrino sinh ra dưới dạng sản phẩm của các va chạm hạt và tìm kiếm chúng dao động tới lui giữa ba loại. Nhưng các kết quả không khớp với trông đợi: như thể là neutrino biến mất đi đâu vậy. Các kết quả đó chỉ có thể giải thích được nếu tồn tại một loại neutrino thứ tư. Neutrino vô sinh, như chúng được gọi, không hề tương tác. Chúng nằm ngoài kiến thức lí thuyết hạt của chúng ta. Những thí nghiệm sau đó có vẻ xác nhận cho các kết quả LSND.

(Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos)

KATRIN

Neutrino được xem là không có khối lượng. Nhưng khả năng của chúng biến đổi từ dạng này sang dạng khác cho thấy điều này không thể đúng được: neutrino thật sự có khối lượng, mặc dù là hết sức nhỏ. Trong nhiều năm trời, các nhà nghiên cứu đã cố gắng đo khối lượng này, nhưng thiết bị của họ không đủ nhạy. Các nhà vật lí hi vọng thí nghiệm KATRIN sẽ làm được. Đặt tại Karlsruhe, Đức, nó sẽ khảo sát sự phân hủy beta của tritium, quá trình sinh ra một neutrino, electron và một hạt nhân helium-3. Mặc dù neutrino thoát khỏi tầm tìm kiếm, nhưng khối lượng của nó có thể tính ra từ năng lượng và xung lượng của hạt electron.

(Ảnh: Viện Công nghệ Karlsruhe)

Thí nghiệm Neutrino Lò phản ứng Vịnh Daya

Nằm cách Hong Kong 50 km về hướng bắc, thí nghiệm Vịnh Daya nghiên cứu các phản neutrino tuồn ra từ hai lò phản ứng hạt nhân ở gần đó. Đội khoa học đã công bố những kết quả đầu tiên của họ hồi đầu năm nay, hoàn chỉnh bức tranh neutrino và phản neutrino biến hình thành ba loại. Ngày nay các nhà vật lí tin rằng neutrino là một món cược lớn để làm sáng tỏ những manh mối về cách thức vũ trụ trở nên bị thống trị bởi vật chất, chứ không phải phản vật chất.

(Ảnh: Thí nghiệm Neutrino Lò phản ứng Vịnh Daya)

Thí nghiệm Phân rã Beta Kép Heidelberg-Moscow

Hồi năm 2002, một đội khoa học người Nga và Đức khẳng định đã tìm ra một loại phân rã beta hiếm không phát ra neutrino. Thí nghiệm của họ gồm những bình trụ làm bằng germanium-76, một đồng vị chịu hai phân rã beta đồng thời. Đội khoa học tìm kiếm những trường hợp khi germanium phát ra electron mà không có phản neutrino. Một quá trình như vậy không được cho là tồn tại. Nhưng nếu nó tồn tại – như đội khoa học khẳng định – thì nó sẽ cho chúng ta biết về khối lượng của neutrino và sự thiếu hụt phản vật chất. Kết quả đó vẫn còn gây tranh cãi.

123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: New Scientist