Phát hiện mới về dao động neutrino

Lần đầu tiên một thí nghiệm đã chứng kiến rõ ràng sự xuất hiện của những neutrino biến đổi từ dạng này sang dạng khác.

Lâu nay các nhà vật lí vẫn ngờ rằng những hạt nhỏ bé, kì lạ, gọi là neutrino, chúng xuất hiện với ba loại, có thể biến hình từ loại này sang loại kia. Họ đã nghiên cứu những chùm hạt gồm một loại neutrino và phát hiện thấy chúng có vẻ biến mất khi chúng truyền đi.

Hôm 19/7/2013, lần đầu tiên một thí nghiệm neutrino báo cáo đã quan sát một cách thuyết phục mặt còn lại của quá trình này: sự xuất hiện của một loại neutrino khác ở một trong các chùm hạt đã nghiên cứu.

Các nhà vật lí làm việc với thí nghiệm T2K đã phát hiện ra các neutrino electron trong một chùm neutrino muon mà họ cho truyền đi 185 dặm từ bờ biển phía đông đến bờ biển phía tây Nhật Bản.

“Kết quả này tạo nên động lực chính cho việc xây dựng thí nghiệm T2K và là một trong những mục tiêu chính của vật lí học neutrino trong thập niên qua,” phát biểu của nhà vật lí T2K Michael Wilking thuộc phòng thí nghiệm TRIUMF ở Canada, người trình bày kết quả mới này tại cuộc họp của Hội Vật lí châu Âu ở Stockholm hôm 19/7/2013.

Máy dò neutrino Kamioka ở Nhật Bản

Ta có thể ví mỗi neutrino như một quả bóng có khả năng bẩm sinh là bóng chày, bóng rỗ hoặc bóng đá. Nó chọn là quả bóng nào chỉ khi nó được bắt lấy. Các nhà khoa học đã chế tạo những cỗ máy đồ sộ ném ra hàng loạt quả bóng này ở dạng bóng chày trên nghiên cứu lớn. Sau đó họ bắt lấy bóng và nghiên cứu chúng.

Cái họ nhìn thấy cho đến lúc này là không phải quả bóng chày nào ném đi cũng đến máy bắt bóng. Điều này cung cấp cho họ một bằng chứng nào đó cho thấy các quả bóng đang biến đổi loại. Các nhà khoa học T2K không những nhìn thấy các quả bóng chày biến mất, mà họ còn bắt được số lượng đáng kể bóng rỗ ở phía bên kia.

Các nhà khoa học T2K đã cung cấp bằng chứng đầu tiên của sự xuất hiện của các neutrino electron trong một chùm neutrino muon vào năm 2011. Kể từ đó, họ đã thu thập dữ liệu mới và cải tiến các kĩ thuật phân tích của họ đủ để đưa đến một khám phá. Xác suất các thăng giáng thống kê ngẫu nhiên tạo ra kết quả là dưới một phần nghìn tỉ.

Khả năng đã được xác nhận của các nhà khoa học quan sát các neutrino biến hình từ loại này sang loại khác là tin tốt lành cho những nhà khoa học hi vọng hiểu được vai trò của các neutrino trong việc định hình vũ trụ sơ khai.

Vụ nổ lớn (Big Bang) đã tạo ra số lượng hạt vật chất và phản vật chất ngang ngửa nhau. Nhưng có cái gì đó đã làm đảo lộn cán cân, để lại cho chúng ta một vũ trụ vật chất và rất ít phản vật chất, và đó là nguyên nhân khiến chúng ta tồn tại nơi đây.

Điều này có thể giải thích được nếu tự nhiên xem vật chất khác với phản vật chất. Các nhà khoa học đã tìm thấy hiện tượng này xảy ra ở các quark, nhưng nó không đủ lượng để lí giải vì sao ngày nay phản vật chất ít bao nhiêu và vật chất thì nhiều bao nhiêu.

Các nhà khoa học tại T2K và thí nghiệm NOvA ở Fermilab, hiện đang xây dựng, hi vọng sẽ có những bước tiến lớn khi so sánh xác suất các neutrino thuộc những loại khác nhau sẽ dao động với xác suất các phản neutrino thuộc những loại khác nhau sẽ dao động. Nhưng có lẽ phải chờ đến thế hệ tiếp theo của các thí nghiệm neutrino, ví dụ như Thí nghiệm Neutrino Đường cơ sở Dài ở Mĩ hoặc thí nghiệm HyperKamiokande ở Nhật Bản, mới tìm được câu trả lời.

Trong phần việc của họ, các nhà khoa học thuộc thí nghiệm T2K đã lên kế hoạch thu thập thêm lượng dữ liệu gấp 10 lần trong những năm tới.

Theo Ashley WennerHerron (Symmetry Magazine)