Tại sao một số neutrino của Fermilab bị thiếu?

Bạn trông thấy nó, nhưng bạn không trông thấy nó: đó là các neutrino. Khả năng biến hóa của những hạt hạ nguyên tử này là một dạng này sang dạng khác có lẽ đã tạo ra một vết nứt nữa trong kiến thức của chúng ta về thế giới tự nhiên.

Nó có thể chỉ ra con đường dẫn đến nền vật lí mới có thể cho chúng ta biết tại sao vũ trụ dường như chỉ cấu tạo gồm vật chất chứ không có phản vật chất.

Các nhà vật lí làm việc tại thí nghiệm Tìm kiếm Dao động Neutrino Máy phun Chính (MINOS) tại Fermilab ở Batavia, Illinois, đang nghiên cứu một hiện tượng gọi là dao động neutrino khi họ tìm thấy một sự khác biệt giữa các neutrino và phản neutrino không thể giải thích bởi nền vật lí mô hình chuẩn.

Các neutrino và đối tác phản vật chất của chúng dao động giữa ba loại: electron, tau và muon. Trong thí nghiệm MINOS, các neutrino muon và phản neutrino muon được bắn vào hai máy dò hạt: một máy dò “gần” đặt tại Fermilab, và một máy dò “xa” bên trong một mỏ khoáng ở Soudan, Minnesota. Các hạt đã đi qua 700 km trái đất để đến máy dò hạt xa.

Các hạt đó có khả năng cao nhất biến đổi thành các đối tác tau của chúng. MINOS không nhạy với các hạt tau, mà suy luận ra chúng bằng cách đo sự thiếu hụt neutrino và phản neutrino muon.

alt

Tại sao một số neutrino của Fermilab bị thiếu? (Ảnh: Fermilab)

Theo kiến thức hiện nay của chúng ta về vật lí neutrino, MINOS sẽ thấy một sự thiếu hụt giống nhau đối với các neutrino và phản neutrino, nhưng vào hôm thứ hai rồi, đội hợp tác MINOS loan báo rằng đây có lẽ không phải là cái đang xảy ra.

Khi các nhà vật lí đo một thông số đặc biệt liên quan đến các dao động neutrino, đối với các phản neutrino nó lớn hơn khoảng 40% so với đối với các neutrino. Họ cho biết đây là bằng chứng không dứt khoát của một sự thiếu hụt lớn hơn trong chùm phản neutrino so với trong chùm neutrino.

Jenny Thomas ở trường Đại học College London, một nữ phát ngôn viên cho MINOS, nhấn mạnh rằng các kết quả trên là mang tính sơ bộ. “Nó có thể là một thăng giáng thống kê không may”, bà nói. “Những cái như vậy đang xảy ra”.

Nhưng nếu kết quả trên được chứng minh chắc chắn, nó có thể giúp chúng ta đi giải một trong những bí ẩn lớn nhất trong vật lí học: làm thế nào sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất đã phát sinh trong vũ trụ thời sơ khai.

Sự không nhất quán đó có thể là do sự khác biệt ở phương thức các neutrino dao động so với các phản neutrino. Hoặc các phản neutrino có thể đang tương tác với 700 km đá theo một kiểu chưa được hiểu rõ.

“Nếu kết quả trên là thật, thì có một số kiến thức vật lí không được trông đợi”, Thomas nói. “Khi đó, có một số điều mới mẻ mà chúng ta không hiểu, và điều đó thật khó tưởng tượng”.

Antonio Ereditato tại Đại học Bern, Thụy Sĩ, một phát ngôn viên cho thí nghiệm neutrino OPERA ở Italy nói: “Đây là một bằng chứng nữa cho thấy nền vật lí neutrino là một công cụ được đặc ân để truy xuất nền vật lí mới”. Nhưng ông cho biết thêm rằng cần có các kết quả chắc chắn về mặt thống kê.