“Chúng tôi không cho phép những neutrino nhanh hơn ánh sáng có mặt ở đây,” một người phục vụ nói đùa. “Báo cáo sếp, một neutrino vừa đi vào quán chúng ta!” Những câu chuyện hài hước như vậy đã xuất hiện khi có thông tin về khả năng các hạt hạ nguyên tử di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, mở ra cánh cửa cho những suy đoán về du hành thời gian. Nhưng sự thật là, tốc độ siêu việt không phải là điều duy nhất khiến neutrino trở nên đặc biệt và bí ẩn.
Mục Lục
Neutrino Là Gì?
Vậy, chính xác thì neutrino là gì? Mang điện tích bằng không và khối lượng gần như không đáng kể, neutrino được mệnh danh là những hạt cơ bản “ma quái” nhất trong vũ trụ. Chúng hiếm khi tương tác với vật chất thông thường, lướt qua cơ thể chúng ta, xuyên qua những bức tường, và thậm chí là cả Trái Đất với số lượng hàng nghìn tỷ hạt mỗi giây.
Ý tưởng về neutrino lần đầu tiên được Wolfgang Pauli đưa ra vào năm 1930, và công trình này đã mang về cho ông giải Nobel năm 1945. Neutrino được sinh ra trong nhiều phản ứng hạt nhân khác nhau, bao gồm:
- Nhiệt hạch: Phản ứng cung cấp năng lượng cho Mặt Trời.
- Phân hạch: Phản ứng được con người khai thác để chế tạo vũ khí và cung cấp năng lượng.
- Phân rã phóng xạ tự nhiên: Xảy ra trong lòng Trái Đất.
Làm Sao Chúng Ta Phát Hiện Ra Neutrino?
Neutrino vốn nổi tiếng là khó nắm bắt, nhưng đôi khi chúng vẫn tương tác với vật chất. Khi một neutrino va chạm với một nguyên tử, nó có thể tạo ra một tín hiệu cho phép các nhà khoa học quan sát chúng. Frederick Reines là người đầu tiên phát hiện ra neutrino vào năm 1956, và ông đã được trao giải Nobel năm 1995 cho khám phá mang tính đột phá này.
Các thí nghiệm phổ biến nhất thường sử dụng các bể chứa lớn chứa đầy nước hoặc dầu. Khi neutrino tương tác với các electron hoặc hạt nhân trong các phân tử nước hoặc dầu, chúng sẽ giải phóng một tia sáng có thể được phát hiện bởi các cảm biến chuyên dụng.
Các Thí Nghiệm Neutrino Được Đặt Ở Đâu?
Ngày nay, các máy dò hạt neutrino thường được xây dựng dưới lòng đất để che chắn chúng khỏi các hạt không mong muốn khác có thể gây nhiễu. Ví dụ, thí nghiệm OPERA, nơi phát hiện ra những neutrino dường như di chuyển nhanh hơn ánh sáng từ CERN, nằm bên dưới núi Gran Sasso ở Ý. Nhờ khả năng xuyên thấu đáng kinh ngạc, neutrino có thể dễ dàng vượt qua các lớp chắn này.
Các máy dò hạt khác được thiết kế để phát hiện neutrino sinh ra trong tự nhiên. Một ví dụ điển hình là ANTARES, nằm sâu dưới đáy biển Địa Trung Hải. Một máy dò khác, IceCube, được chôn vùi dưới lớp băng dày của Nam Cực.
Neutrino “Tốt” Hay “Xấu”?
Sự khó nắm bắt của neutrino có thể khiến chúng ta đánh giá thấp tầm quan trọng của chúng. Một ví dụ thú vị liên quan đến các chiều bổ sung. Đa số các hạt có hai loại: một loại quay theo chiều kim đồng hồ và một loại quay ngược chiều kim đồng hồ. Điều đặc biệt là neutrino dường như chỉ quay ngược chiều kim đồng hồ. Một số nhà lý thuyết cho rằng đây có thể là bằng chứng cho sự tồn tại của các chiều bổ sung, nơi có thể chứa các neutrino “thuận tay phải” đang “mất tích”.
Neutrino Và Vật Chất Tối
Những neutrino “thuận tay phải” chưa được quan sát cũng có thể giúp giải thích bí ẩn về vật chất tối. Vật chất tối chiếm khoảng 80% tổng vật chất trong vũ trụ và đóng vai trò quan trọng trong việc giữ các thiên hà không bị “xé toạc” bởi sự giãn nở không ngừng của vũ trụ. Giả thuyết cho rằng các neutrino “thuận tay phải” có thể nặng hơn nhiều so với các neutrino “thuận tay trái”, và do đó, chúng có thể tạo ra lực hấp dẫn cần thiết để giải thích cho sự tồn tại của vật chất tối.
“Hương Vị” Của Neutrino
Một đặc điểm kỳ lạ khác của neutrino là chúng tồn tại ở ít nhất ba loại, hay còn gọi là ba “hương vị”: electron, muon và tau. Chúng có khả năng biến đổi từ hương vị này sang hương vị khác. Các thí nghiệm gần đây cho thấy có thể có sự khác biệt trong cách neutrino và phản neutrino biến đổi. Phát hiện này có thể giúp giải thích sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ sơ khai.
Ứng Dụng Thực Tiễn Của Neutrino
Các nhà khoa học vẫn đang tích cực nghiên cứu các ứng dụng tiềm năng của neutrino. Một số nhà vật lý hy vọng có thể sử dụng neutrino để phát hiện các lò phản ứng hạt nhân bí mật. Những người khác mơ về việc xây dựng một hệ thống viễn thông mới lạ, cho phép truyền tin nhắn đến bất kỳ đâu trên thế giới mà không cần dây dẫn, cáp nối hay vệ tinh. Trong khi đó, máy dò hạt dưới nước ANTARES đang đồng thời hoạt động như một kính thiên văn để tìm kiếm sự sống dưới đại dương, bởi vì nó có thể phát hiện ánh sáng phát ra từ các sinh vật và vi khuẩn phát quang, bên cạnh việc phát hiện neutrino.
Nguồn: New Scientist