Neutrino năng lượng cao đến từ vũ trụ ppsx

12 Những bài báo vật lí hay – Tập 1 | © hiepkhachquay

Neutrino năng lượng cao đến từ vũ trụ

Per Olof Hulth

Giới thiệu

Loài người đã nghiên cứu vũ trụ trong hàng nghìn năm bằng cách nhìn vào bầu trời đêm

huyền diệu, được chỉ dẫn bởi ánh sáng nhìn thấy phát ra từ hằng hà sa số ngôi sao và những hiện

tượng khác. Trong thế kỉ vừa qua, những hình ảnh mới của bầu trời đêm đã được các nhà khoa

học khám phá bằng các bước sóng khác nhau của ánh sáng mà mắt trần không thể nhìn thấy, ví

dụ như sóng vô tuyến, ánh sáng hồng ngoại, tia X và tia gamma. Mỗi lần những cánh cửa mới

trong bầu trời đêm được mở ra, thì những hiện tượng bất ngờ mới lại được khám phá, ví như nền

vi sóng từ thời Big Bang, các sao neutron, các lõi thiên hà hoạt động (AGN), các lỗ đen, các đợt

bùng phát tia gamma (GRB) và các đối tượng hấp dẫn khác. Ngày nay, các nhà khoa học đang

bắt đầu mở ra một cánh cửa hoàn toàn mới bằng cách sử dụng một hạt cơ bản khác, hạt neutrino,

thay cho photon, đó là hạt cơ bản của ánh sáng dùng để nghiên cứu vũ trụ. Lĩnh vực mới này có

tên gọi là thiên văn học neutrino, hi vọng sẽ vén màn những hiện tượng mới chưa biết và giúp

chúng ta trả lời một vài câu hỏi mà chúng ta đang có ngày nay.

Neutrino

Neutrino là một hạt cơ bản, được đưa ra vào năm 1930 bởi Wolfgang Pauli, người đoạt

giải Nobel vật lí năm 1945, để giải bài toán khủng hoảng năng lượng trong vật lí hạt nhân. Các

nhà khoa học đã gặp khó khăn khi tìm năng lượng trong các phân rã phóng xạ và Pauli đề xuất

sự tồn tại của một hạt mà ông tin là nó đã mang khỏi phần năng lượng thiếu hụt. Nhưng phải mất

nhiều năm trước khi neutrino được phát hiện. Clyde Cowan và Frederick Reines là những người

đầu tiên phát hiện và nhận ra hạt này vào năm 1965. Cho sự đóng góp của ông, Reines đã được

trao giải Nobel vật lí năm 1995.

Neutrino là một hạt khó hiểu không có điện tích và chỉ tương tác với vật chất qua lực hạt

nhân yếu. Trong những năm gần đây, người ta đã phát hiện thấy neutrino có một khối lượng nhỏ,

làm hạ bệ giả thiết trước đây rằng nó không có khối lượng. Trong mặt trời, vô số neutrino được

tạo ra trong quá trình nhiệt hạch khi bốn nguyên tử hydrogen chuyển hóa thành một nguyên tử

helium. Bất chấp số lượng lớn của neutrino, trung bình chỉ khoảng chừng một trong số này sẽ

tương tác với cơ thể người trong suốt một đời người. Dòng neutrino phát ra từ mặt trời tại bề mặt

trái đất là 6 x 1010 neutrino/cm2

/s. Các neutrino phát ra từ quá trình nhiệt hạch trên mặt trời có

thể đi qua vài năm ánh sáng của chất chì rắn trước khi bị vật chất hấp thụ. Tuy nhiên, xác suất

cho một neutrino tương tác với vật chất tăng theo năng lượng của neutrino.