Pion không muốn phân hủy thành neutrino siêu sáng

Hồi đầu năm nay, một đội khoa học quốc tế công bố họ đã tìm thấy các neutrino – những hạt nhỏ xíu có khối lượng cũng nhỏ xíu nhưng khác không – chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Không thể tự tìm ra sai sót nào, đội khoa học đã kêu gọi các nhà vật lí trên khắp thế giới kiểm tra thí nghiệm của họ. Một nhà vật lí đáp lời kêu gọi đó là tiến sĩ Ramanath Cowsik. Ông tìm thấy một chổ hỏng có khả năng không thể tránh được trong thí nghiệm làm thách thức sự tồn tại của những neutrino nhanh hơn ánh sáng.

Những neutrino siêu sáng (nhanh hơn ánh sáng) là kết quả của thí nghiệm OPEARA, một chương trình hợp tác giữa phòng thí nghiệm vật lí CERN ở Geneva, Thụy Sĩ, và Phòng thí nghiệm quốc gia Gran Sasso ở Gran Sasso, Italy.

 

Sự kiện neutrino được chú thích đầu tiên

Sự kiện neutrino được chú thích đầu tiên. Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne

Thí nghiệm đo thời gian neutrino đến và đi khi chúng truyền đi 730 km xuyên qua Trái đất từ điểm xuất phát ban đầu của chúng ở CERN đến một máy dò ở Gran Sasso. Đội nghiên cứu đã bị sốc khi tìm thấy các neutrino đi tới Gran Sassi sớm hơn 60 nano giây so với khi chúng chuyển động ở tốc độ ánh sáng trong chân không. Tóm lại, chúng xuất hiện dưới dạng siêu sáng.

Kết quả này mang lại hoặc là một vướng mắc lớn đối với vật lí học hoặc là một đột phá. Theo thuyết tương đối đặc biệt của Einstein, bất kì hạt nào có khối lượng cũng có thể chuyển động gần tốc độ ánh sáng nhưng không thể đạt tới tốc độ ánh sáng. Vì neutrino có khối lượng, nên những neutrino siêu sáng là không thể tòn tại. Nhưng, bằng cách nào đó, chúng đã có mặt.

 

Các nhà khoa học tại CERN đã lặp lại thành công kết quả của họ về những neutrino chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng

Các nhà khoa học tại CERN đã lặp lại thành công kết quả của họ về những neutrino chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Ảnh: CERN

Nhưng Cowsik nghi ngờ nguồn gốc của những neutrino trên. Thí nghiệm OPERA tạo ra neutrino bằng cách cho proton lao vào một tấm bia cố định. Va chạm này tạo ra một xung pion, những hạt không bền bị tập trung bằng từ tính vào một đường hầm, trong đó chúng phân hủy thành các neutrino và muon (một hạt sơ cấp nhỏ xíu khác). Các muon không bao giờ đi xa hơn đường hầm đó, nhưng các neutrino, chúng có thể xuyên qua vật chất giống như bóng ma đi xuyên qua tường, vẫn tiếp tục thẳng tiến đến Gran Sasso.

Cowsik và đội của ông đã khảo sát tỉ mỉ bước đầu tiên này của thí nghiệm OPERA. Họ nghiên cứu xem “các phân hủy pion có tạo ra những neutrino siêu sáng hay không, giả sử năng lượng và xung lượng được bảo toàn”, ông nói. Các neutrino OPERA có năng lượng lớn nhưng khối lượng rất nhỏ, nên câu hỏi đặt ra là chúng có thật sự chuyển động nhanh hơn ánh sáng hay không.

 

Sự tạo thành một neutrino và một muon

Sự tạo thành một neutrino và một muon. Ảnh: J. Sonier

Cái Cowsik và đội của ông tìm thấy là nếu các neutrino sinh ra từ một phân hủy pion đang chuyển động nhanh hơn ánh sáng, thì thời gian sống của pion sẽ lâu hơn và mỗi neutrino sẽ mang một năng lượng nhỏ hơn mà nó chia sẻ với muon. Trong khuôn khổ vật lí học hiện nay, các neutrino siêu sáng sẽ rất khó sinh ra. “Ngoài ra, những khó khăn này sẽ chỉ tăng lên khi năng lượng pion tăng lên,” Cowsik giải thích.

Có một kiểm tra thực nghiệm của kết luận lí thuyết của Cowsik. Phương pháp sản sinh neutrino của CERN được sao lại tự nhiên khi các tia vũ trụ va chạm với khí quyển của Trái đất. Một đài thiên văn tên gọi là IceCube đã được xây dựng để quan sát những neutrino xuất hiện tự nhiên này ở Nam Cực; khi các neutrino va chạm với những hạt khác, chúng sẽ sinh ra những muon để lại những vệt sáng khi chúng đi qua khối băng trong dày gần 2,5 km.

Sơ đồ thí nghiệm IceCube
 

Sơ đồ thí nghiệm IceCube. Ảnh: ICE.WISC.EDU / PETE GUEST

IceCube đã phát hiện ra những neutrino có năng lượng cao gấp 10.000 lần bất kì hạt nào được sinh ra là một phần của thí nghiệm OPERA, khiến Cowsik kết luận rằng các pion bố mẹ của chúng phải có những mức năng lượng cao tương ứng. Những tính toán của đội của ông dựa trên các định luật bảo toàn năng lượng và xung lượng cho thấy thời gian sống của pion này sẽ phải quá lâu để cho chúng phân hủy thành những neutrino siêu sáng.

Như Cowsik giải thích, sự phát hiện ra những neutrino năng lượng của IceCube là dấu hiệu cho thấy các pion thật sự phân hủy theo những quan niệm chuẩn của vật lí học, nhưng các neutrino sẽ chỉ đạt gần tới tốc độ ánh sáng; chúng sẽ không bao giờ vượt quá tốc độ ánh sáng.

Dịch bởi Trọng Nhân – thuvienvatly.com
Nguồn: Universe Today

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
Downlaod video thí nghiệm

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