Neutrino - một lỗ hổng của mô hình chuẩn

Neutrino ẩn như sự phổ biến của chúng vậy. một trong những hạt phổ biến trong trụ, chúng xuyên qua hầu hết mọi vật chất, khi bạn đang ngồi đây đọc những dòng này thì hàng tỉ chúng đang xuyên qua người bạn. Khối lượng của chúng nhỏ đến độ không một thí nghiệm nào thể đo được. Chúng di chuyển gần với tốc độ ánh sáng - gần đây - thực ra do lỗi của dây nối - tại phòng thí nghiệm quốc gia Gran Sasso Ý năm 2011 đã công bố chúng thể di chuyển nhanh hơn cả ánh áng.

Các nhà vật đã tốn rất nhiều thời gian để nghiên cứu các tính chấ của hạt hình này. Năm 1962, họ khám phá ra rằng neutrino nhiều hơn một loại hoặc mùi. Vào cuối thế kỹ trước, các nhà vật định nghĩa 3 loại mùi: electron neutrino, muon neutrino tauon neutrino khám phá ra rằng neutrino thể chuyển đổi mùi thông qua quá trình dao động. Điều đáng ngạc nhiên này đã tạo ra một cuộc cách mạng trong vật - hiểu biết đầu tiên về tương tác của hạt chỉ ra vật bên ngoài sự thành công rực rỡ của hình chuẩn, một nền tảng thyết đã được các nhà vật xây dựng hơn thập kỹ qua về các hạt tương tác giữa chúng.

Ngày nay, theo các nhà vật sự nghiên cứu về neutrino thể dẫn đến câu trả lời cho các vấn đề lớn sau đây:

  • Nếu thể đo được khối lượng neutrino, thì khối lượng của chúng bao nhiêu?
  • tồn tại các phản neutrino hay không?
  • nhiều hơn 3 loại neutrino hay không?
  • chế thu khối lượng của neutrino giống các hạt bản khác không?
  • Tại sao trong tụ lại nhiều vật chất hơn phản vật chất?

Câu trả lời cho những vấn đề trên không chỉ mở ra cánh cửa cho vật bên ngoài hình chuẩn, còn thể mở ra cánh cửa để trả lời các câu hỏi về trụ, những cách để trở về quá khứ.

Tự nhiên máy móc

Khi nhghiên cứu neutrino, các nhà khoa học 3 lựa chọn:

Họ thể bắt các neutrino xuất hiện trong tự nhiên, chẳng hạn như một quá trình phản ứng hạt nhân xãy ra các ngôi sao như mặt trời của chúng ta chẳng hạn, trong s va chm ca các ht trong vũ tr vi bu khí quyn ca trái đất hoc trong các s n ca sao như supernovae. Nhng ngôi sao như mt tri ca chúng ta phát ra các electron neutrino, trong khi các ht vũ tr supernovae thì s tr ln ca ban loi neutrino vi phn neutrino tương ng ca nó.

Mt cách khác, các nhà khoa hc th kho sát neutrino ddwwcocj to ra bi các phn ng ht nhân loi nh dùng trong gia đình hoc kinh doanh. Các phn ng to ra phn electron neutrino. Các thí nghim để nghiên cu neutrino theo cách này đòi h phi xây dng các detector ht gn các nhà máy đin ht nhân phi hiu biết v neutrino nhng tương tác ca vi vt cht.

Cui cùng, các nhà khao hc th c tình to ra neutrino cho thí nghim bng cách bn proton t máy gia tc vào mt bia graphite phn ng s to ra các neutrino. Các thí nghim v gia tc mt thun li th kim tra được c neutrino phn neutrino. Chùm tia cường độ cao ca máy gia tc ht này th làm tăng cơ hi tương tác ca neutrino vi detector. Hơn na máy gia tc th to ra neutrino năng lương cao hơn so vi neutrino đến t phn ng hay mt tri. thế các thí nghim ca máy gia tc th xác định chính xác hơn tính cht ca neutrino.

Hai loi nguồn neutrino nhân to k trên mt li ích khác: các detector th đặt nhng v tr đặt bit so vi ngun, ph thuc vào mc đích ca thí nghim. Khong cách ti ưu th t 10m đến vài trăm km cho các thí nghim v tương tác, khong hàng trăm đến hành nghìn km cho thí nghim v dao động s dng neutrino t máy gia tc.

Bt chúng nếu như bn th

Các detector cũng nhiu loi. Bi các neutrino bn thân chúng n đối vi detector , các nhà khoa hc phi s dng mt cách gián tiếp: Chúng ghi nhaajnj đin tích ca csc ht chp sáng to ra khi nwrtrino tương tác vi nguyên t, điu này nghĩa neutrino đang hin din.

Bi ch mt lượng hiếm hoi neutrino tương tác vi vt cht, nên ch mt cách đặt tht nhiu vt cht trên đường đi ca nó. Super – Kamiokande, mt loi detector neutrino c đin ca Nht cha 50 000 tn nước. Các neutrino to ra t bu khí quyn ca trái đất, t mt tri hoc máy gia tc cách 295 km s tương tác vi phân t nước và to ra các ht mang đin. Đến lượt mình, các ht mang đin này to ra chp sáng màu xanh gi là bc x Cherenkov. Các cm biến ánh sáng s thu nhn tín hiu.

Mô hình Chuẩn

NHỮNG CÂU HỎI LỚN

Thông qua những thí nghiệm với những kỹ thuật hiện đại, các nhà vật đã bước đầu xây dựng bức tranh hoàn chỉnh về neutrino. Kết quả cho việc này thể chìa khóa cho những câu hỏi trong khoa học những năm qua.

1. Khối lượng của các loại neutrino bao nhiêu?

Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng neutrino khối lượng rất nhỏ, hầu như bằng không. Mặc mỗi neutrino khối lượng nhẹ hơn hàng tỉ lần một electron, song khối lượng chinhhs xác thì vẫn chữa xác định được. Vựa vào tính phong phú của mình, neutrino thể chiếm vài phần trăm khối lượng của trụ giữ một vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng về trụ.

Tần số giao động neutrino phụ thuộc vào khác nhau về khối lượng giữa ba loại neutrino. Thí nghiệm NOvA, bắn neutrino từ Fermilab sang sông Ash, Minnesota, cách đó 810 km. Các nhà khao học hy vọng rằng từ kết quả quan sát dao động neutrino sẽ giúp chúng ta xác định được loại neutrino nào nawngk nhất, nhẹ nhất.

Bước đầu tiên các nhà khoa học khám ra rằng khối lượng neutrino tính phân bậc. Để thẻ hiểu đầy đủ hơn, các nhà khoa học cần xác định thang khối lượng tuyệt đối của neutrino bằng cách đo khối lượng của một trong chúng. Thí nghiệm KATRIN Đức sẽ đảm nhận nhiệm vụ này. Thí nghiệm này sẽ nghiên cứu sự phân hạt nhân của tritium, một đồng vị của hidro. So sánh khối lượng động năng của các hạt trước sau khi phân rã, quá trinh tạo ra phản neutrino electron. Bởi tổng năng lượng của các hạt phải bảo toàn, các nhà khoa học thể xác định được khối lượng của neutrino nếu ta đo được động năng của các hạt.

2. Có hay không phản neutrino?

Các nhà khoa hc đã quan sát tương tác ca c neutrino phn neutrino vi vt cht. Nhưng điu này không ràng li hay không hai ht neutrino phn neitrino ca riêng bit. Trong trường hp các hatj mng đin, các nhà khoa hc d dàng phân bit hatj phn ht ca chúng. Mt electron mang đin âm, mt pozitron mang đin dương. Tuy nhiên neutrino không mang đin, vy cũng th neutrino phn ht ca chính nó. Ý tưởng này được đưa ra bi Ettore Majorana, mt nhà vt người Ý. Nếu thuyết ca Majorana đúng, hai phn neutrino cũng là các neutrino, và vì vy chúng có th hy ln nhau. Kết qu này dn đến trong phân rã hai beta s không có neutrino ln phản neutrino được phát ra.

3. Có nhiều hơn 3 loại neutrino?

Mô hình chuẩn mô tả chỉ có 3 loại neutrino, tương ứng với 3 loại lepton electron, muon, tauon thông qua lực tương tác yếu - lực cơ bản chi phối các quá trình phân rã và tạo ra neutrino. Nhưng có những bằng chúng khác nhau chỉ ra rằng, có thể có những loại neutrino khác với những tính chất khác với những loại neutrino mà ta đã biết. Thí nghiệm rã tiếp tục tìm kiếm những hạt “trơ” đó, sở dĩ gọi “trơ” là vì chúng không tương tác với vật chất thông qua lực tương tác yếu như những neutrino khác đã làm.

4. Hạt Higgs có sinh khối lượng cho neutrino?

Theo mô hình chuẩn, trường boson Higgs tạo khối lượng cho các quark và các lepton mang điện - một nhóm các hạt cơ bản bao gồm cà electron. Tuy nhiên nhiều nhà khoa học nghĩ rằng khối lượng của neutrino ánh sáng hồng ngoại thì tăng lên, ít nhất là một phần. Thí nghiệm tại LHC đã tìm ra hạt tựa Higgs, những cũng không có khả năng đo đạc các tính chất của neutrino. Tuy vậy, các thí nghiệm về hạt nhân trong tương lai và các thí nghiệm về dao động neutrino có thể tìm ra nguồn gốc khối lượng của neutrino.

5. Tại sao vật chất lại nhiều hơn phản vật chất?

Theo sự hiểu biết hiện tại của các nhà vật lý về big bang, vật chất và phản vật chất có một lượng bằng nhau tại thời điểm ban đầu của vũ trụ. Nhưng nếu vậy, thì đến tận ngày nay, các vật chất sẽ tương tác với phản vật chất, và vì thế sẽ tạo ra năng lượng đầy trong vũ trụ với ánh sáng và bức xạ. Vậy tại sao vũ trụ ngày nay không hoàn toàn là năng lượng? Tại sao vât chất và phản vật chất không hủy nhau như chúng dã từng?

Câu trả lời cho các câu hỏi trên năng ở chỗ gọi là sự vi phạm đối xứng điện tích-chẳn lẻ (CP violation). Tìm hiểu về CP violation có thể giải thích sự chiếm ưu thế của vạt chất hơn, và neutrino là thủ phạm. “ Nó được gọi là Holay Grail neutrino vật lý”.

Nhng nghiên cu trước dã tìm thy vi phm CP - mt thuc tính khác ca ht và phn ht - trong các ht cơ bn như quark nhưng s vi phm CP này không gii thích s mt cân bng gia vt cht và phn vt cht.

Neutrino tham gia vào trò chơi bi vì không nh ca nó, theo mt lý thuyết gi là “see-saw picture”, neutrino là loi ánh sáng hng ngoi liên quan đến các ht nng trong vũ tr t rt sm. S phân bit các ht nng này có th đã vi phm đi xng CP theo mt cách mà dn đến ngày nay là s mt cân bng gia vt cht và phn vt cht. Đê hiu rõ cơ chế bng cách nào s mt căng bng tăng lên thì các nhà khoa hc cũng cn tìm s vi phm đi xng CP trong dao đng ca neutrino.

                                                                        Bin Hô (Dịch từ tạp chí Symmetry - Spring 2013)

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Tìm hiểu nhanh vật lí hạt (Phần 2)
25/08/2019
Triết học: ý thức và vật chất Theo truyền thống, những câu hỏi như “Chúng ta được làm bằng gì?” thuộc về lãnh địa
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 20)
25/08/2019
NHỚ TƯƠNG LAI – REMEMBERING THE FUTURE Nếu mã hóa ký ức của chỉ một trong những giác quan là một quá trình phức tạp, thì làm
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 19)
25/08/2019
GHI/THÂU LẠI MỘT BỘ NHỚ Đáng buồn thay, HM qua đời vào năm 2008 ở tuổi tám mươi hai, trước khi ông có thể tận dụng lợi
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 74)
22/08/2019
Nguyên lí vị nhân sinh Một trong những khía cạnh lạ nhất của Vũ trụ chúng ta là cách mà nhiều hằng số cơ bản ẩn dưới
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 73)
22/08/2019
Một lí thuyết kiểm tra được ư? Cách hiểu đa thế giới đem lại một giải pháp thuyết phục cho những phương diện phản
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 56)
22/08/2019
Đồng Đồng đứng bắt cầu giữa thế giới cổ đại và hiện đại. Được tìm thấy vừa ở dạng nguyên tố tự nhiên vừa
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 55)
22/08/2019
Cobalt Các thợ khai mỏ bạc thời trung cổ ở Saxony hình dung họ bị quấy rầy bởi lũ kobold – những con quỷ dưới lòng đất
Tương lai nhân loại - Michio Kaku (Phần 18)
22/08/2019
LÝ THUYẾT [KHÔNG.THỜI GIAN] VỀ Ý THỨC SPACE.TIME THEORY OF CONSCIOUSNESS Tôi đã đề xuất một lý thuyết mà tôi gọi là “lý

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com