LHC có thể làm sáng tỏ về những neutrino siêu sáng

Kết quả mới đây về những neutrino dường như chuyển động nhanh hơn ánh sáng có thể được kiểm tra tại Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) – đó là theo một cặp đôi nghiên cứu ở Mĩ. Mặc dù cỗ máy gia tốc hạt của châu Âu không có khả năng xác nhận hoặc bác bỏ hoàn toàn kết quả trên, nhưng nó sẽ có thể kiểm tra một cơ chế được cho là xảy ra khi các neutrino chuyển động nhanh hơn ánh sáng.

Kết quả về những neutrino có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng xuất hiện hồi tháng 9, khi các nhà vật lí tại thí nghiệm OPERA ở Italy báo cáo rằng các neutrino truyền đi 730 km dưới lòng đất dường như đến đích sớm hơn 60 ns. Nếu kết quả trên là đúng, thì nó sẽ mâu thuẫn với thuyết tương đối đặc biệt Einstein, lí thuyết phát biểu rằng tốc độ ánh sáng là tốc độ tối đa có thể có.

Thật vậy, nhiều nhà vật lí đã trình bày rằng kết quả OPEAR là không tương thích với một hành trạng neutrino đã được báo cáo khác. Vào năm 1987, chẳng hạn, một làn sóng neutrino đi tới Trái đất là kết quả của một vụ nổ sao siêu mới ở xa đến sớm ba giờ trước khi các nhà thiên văn nhìn thấy ánh sáng phát ra từ sự kiện đó. Tuy nhiên, nếu các neutrino là siêu sáng như kết quả OPERA đề xuất, thì sự tới nơi của chúng sẽ sớm hơn không phải là ba giờ, mà là hơn ba năm.

Đường dẫn chùm hạt Máy Va chạm Hadron Lớn. (Ảnh: CERN)

Trút tháo ở năng lượng cao

Hồi cuối tháng 9, các nhà lí thuyết Sheldon Glashow và Andrew Cohen tại trường Đại học Boston ở Mĩ đã nêu ra một vấn đề có khả năng khác. Họ đã phát triển một khuôn khổ lí thuyết trong đó cho phép các neutrino chuyển động hơi nhanh hơn ánh sáng một chút, phù hợp với kết quả OPERA. Tuy nhiên, họ nhận thấy khuôn khổ đó mở ra những quá trình khác mà cơ sở vật lí hạt thông thường sẽ cấm đoán. Đặc biệt, theo Glashow và Cohen, một neutrino siêu sáng sẽ có thể phân hủy thành một cặp electron-positron cộng với một neutrino năng lượng thấp hơn. Kết quả là phổ neutrino tại OPERA sẽ trút tháo ở những năng lượng cao – nhưng đây không phải là cái nhóm hợp tác OPERA tìm thấy.

Nay Hooman Davoudiasl thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở New York và Thomas Rizzo thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia SLAC ở California đã khảo sátlaij lí thuyết của Glashow và Cohen. Đúng là khuôn khổ trên sẽ dẫn tới sự phân hủy neutrino trong chân không, theo Davoudiasl và Rizzo cho biết, nhưng các neutrino OPERA đang chuyển động chủ yếu trong đất đá. Có lẽ vì lí do gì đó mà đá đã ngăn sự phân hủy đó – chẳng hạn bằng cách làm cho các neutrino biến đổi hay “dao động” thành những loại khác nhau – có nghĩa là khuôn khổ lí thuyết của Glashow và Cohen vẫn sẽ tương thích với kết quả OPERA.

Nếu đúng như thế, thì cơ chế của Glashow và Cohen sẽ kiểm chứng được ở những nơi khác, đáng chú ý là tại LHC, theo Davoudiasl và Rizzo. Các neutrino được tạo ra trong máy gia tốc hạt, chẳn5g hạn khi các quark top năng lượng cao phân hủy, nhưng chúng thường không được quan sát thấy vì chúng đi xuyên thẳng qua máy dò hạt. Nhưng nếu cơ chế của Glashow và Cohen là đúng, thì một số neutrino sẽ tự phân hủy, ở nơi cách chỗ chúng sinh ra chừng một mét. Đối với những ai đang nghiên cứu vết đường đi của hạt, thì sự phân hủy này sẽ biểu lộ dưới dạng một cặp electron-positron giàu năng lượng xuất hiện đột ngột, như thể từ hư vô. “Đây là một tín hiệu khá dễ phát hiện ra tại LHC”, Rizzo nói.

“Dùng máy đóng cọc để đập trứng”

Glashow và Cohen tán thành với phân tích của Davoudiasl và Rizzo. Tuy nhiên, họ nghĩ như thế là hơi phí công: mặc dù một kết quả dương tính sẽ nghiêng về sự tồn tại của các neutrino siêu sáng, nhưng kết quả chung sẽ chỉ đề xuất rằng khuôn khổ lí thuyết đó là có chỗ hỏng. Mặt khác, những thí nghiệm “đường cơ sở dài” khác, ví dụ như thí nghiệm MINOS tại Fermilab ở Mĩ, thật sự có khả năng bác bỏ kết quả OPERA. Thí nghiệm của Davoudiasl và Rizzo sẽ “giống như việc dùng máy đóng cọc để đập trứng”, theo lời Glashow.

Rizzo tán thành rằng một thí nghiệm đường cơ sở dài – nghĩa là, một thí nghiệm kiểu OPERA khác phát hiện ra những neutrino gửi đi xa nhiều km – là phương án tốt nhất. Nhưng ông cho biết có thể mất hơn một năm cho một thí nghiệm như thế được thực hiện với sai số thống kê hợp lí. “Trong khi chờ đợi, phương án đó hấp dẫn tựa như nhiều phép kiểm tra khác, mặc dù phụ thuộc mô hình, sử dụng càng nhiều kĩ thuật càng tốt”, ông nói. Rizzo bổ sung thêm rằng những bộ cơ sở dữ liệu hiện có từ các thí nghiệm ATLAS và CMS của LHC sẽ tiết lộ các phân hủy neutrino, nếu như chúng tồn tại. “Có khả năng thu được những kết quả như thế trong vòng vài ba tháng tới”, ông nói.

Kết quả sẽ công bố trên tạp chí Physical Review D và đã có một bản thảo trên arXiv.

Nguồn: physicsworld.com

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

Thêm ý kiến của bạn