Lời giải nào cho sự mất tích bí ẩn của các hạt neutrino?

Lời giải nào cho sự mất tích bí ẩn của các hạt neutrino?

Một nhóm nghiên cứu vật lý quốc tế vừa khẳng định đã có đáp án cho bí ẩn kéo dài 30 năm qua: sự mất tích của các hạt neutrino (dạng hạt cơ bản cấu thành vật chất) phát ra từ Mặt trời. Không ai khác, chính các hạt neutrino đã “thay hình đổi dạng” trên đường đến Trái đất khiến các nhà khoa học mất dấu chúng!

Neutrino là một trong số các hạt cơ bản cấu thành vật chất. Chúng thường được gọi là “bóng ma” do đặc tính tương tác quá yếu ớt với các dạng khác của vật chất. Chúng chia thành 3 dạng: electron – neutrino, moun – neutrino và tau – neutrino. Các neutrino sinh ra từ các phản ứng hạt nhân trong lòng Mặt trời đều là dạng electron – neutrion.

Đầu thập kỷ 70, các nhà khoa học đã thực hiện nhiều thí nghiệm để xác định lượng neutrino đến Trái đất. Tuy nhiên, họ chỉ tìm thấy khoảng 1/3 số hạt neutrino so với ước tính. Những hạt còn lại đi đâu? Có điều gì sai lầm trong lý thuyết về Mặt trời, hay trong nhận thức của chúng ta về neutrino?

Sau nhiều năm nghiên cứu, đến nay các nhà khoa học đã có được lời giải rõ ràng: Chính electron – neutrino, trong quá trình “chu du” từ nhân Mặt trời tới Trái đất, đã chuyển hoá sang dạng moun – neutrino và tau – neutrino khiến các nhà khoa học không phát hiện được. Thực tế, tổng lượng electron – neutrino được sinh ra từ Mặt trời vẫn bằng với số lượng tính toán theo mô hình.

Máy dò neutrino khổng lồ

Nghiên cứu được thực hiện bởi một máy dò neutrino khổng lồ đặt ngầm dưới lòng đất Canada – Đài nghiên cứu Neutrino Sudbury (SNO). Tổ hợp này nằm sâu tới 2 km trong một mỏ niken gần Sudbury, Ontario, gồm một quả cầu tròn chứa 1.000 tấn nước nặng, bên ngoài là các máy dò. Nhiệm vụ duy nhất của nó là phát hiện các dạng tương tác của neutrino.

Trong phân tử nước nặng, nguyên tử hydro được thay thế bằng đồng vị nặng deuterium. Khi một nguyên tử deuterium bị một electron – neutrino bắn phá, nó sẽ tách thành một proton và một neutron. Nhờ vậy các máy dò đếm được số hạt này. Hai dạng còn lại của neutrino không thể bẻ gãy nguyên tử deuterium.
So sánh số hạt đếm được với một kết quả khác do máy dò ở Nhật Bản thực hiện, số lượng các neutrino đếm được ở Nhật Bản nhiều hơn, với đủ cả 3 loại. Điều đó chứng tỏ trong hành trình bay đến Trái đất, electron – neutrion đã chuyển hoá thành moun – neutrion và tau – neutrion.

Các nhà khoa học cũng cho rằng, dù có số lượng rất lớn, nhưng tổng khối lượng của các neutrino lại rất nhỏ, do vậy, chúng hầu như không thể ngăn chặn quá trình nở rộng của vũ trụ.