Lập giới hạn trên của khối lượng neutrino

Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã sử dụng một quang phổ kế mới để tìm kiếm và thiết lập một giới hạn trên cho khối lượng của một hạt neutrino. Trong công bố “Improved Upper Limit on the Neutrino Mass from a Direct Kinematic Method by KATRIN” xuất bản trên Physical Review Letters, nhóm nghiên cứu KATRIN đã miêu tả cách họ thực hiện với giới hạn mới và giải thích tại sao họ lại tin tưởng kết quả này quan trọng.

Các hạt neutrino có nhiều bí ẩn – các nhà khoa học đã tìm ra bằng chứng về sự tồn tại của chúng nhưng vẫn còn phải tiếp tục nghiên cứu để hiểu rõ hơn về các tính chất của chúng. Họ muốn biết nhiều hơn về các hạt này bởi chúng rất phong phú – các nhà khoa học tin là chúng nhiều hơn các hạt nhân trong vũ trụ tới cả tỷ lần. Nhiều người còn tin rằng chúng đóng vai trò chính yếu để hiểu về vũ trụ sớm, và có lẽ là cả lĩnh vực vật lý tại cấp độ nhỏ nhất. Một đặc tính của hạt neutrino mà các nhà khoa học muốn tìm hiểu là khối lượng của chúng – cho mãi đến gần đây, người ta còn nghĩ loại hạt nhỏ bé này còn không có khối lượng. Nhưng những nghiên cứu gần đây đã thấy không phải như vậy. Do đó bước tiếp theo mà họ muốn triển khai là xác định khối lượng của nó. Để làm được điều này, các nhà khoa học đã thực hiện ba hướng tiếp cận: thứ nhất là nghiên cứu về bức xạ nền vũ trụ; thứ hai là tìm hiểu sự phân rã beta kép không neutrino – một sự kiện vô cùng hiếm gặp; thứ ba là nỗ lực đo đạc trực tiếp khối lượng của hạt neutrino theo những cách không phụ thuộc vào mô hình lý thuyết.

Trong nỗ lực mới, các nhà nghiên cứu đã áp dụng cách tiếp cận thứ ba.

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện công trình này như một phần của Thực nghiệm neutrino tritium Karlsruhe (KATRIN) tại Viện nghiên cứu Công nghệ Karlsruhe ở Đức. Thiết bị đóng vai trò quyết định của thí nghiệm là quang phổ kế electron 200 tấn. Các nhà nghiên cứu đã dùng nó để nghiên cứu sự phân rã của tritium – một dạng đồng vị phóng xạ của hydrogen. Khi phân rã, nó phát xạ một đơn electron và một neutrino cùng lúc. Bằng việc đo đạc năng lượng của electron được giải phóng bằng quang phổ kế, họ đã có thể tính toán được khối lượng của neutrino ở mức chính xác hơn nhiều so với trước đây. Họ đã tìm được giới hạn trên của neutrino là 1,1 electronvolts, xấp xỉ một nửa giới hạn trên từ những đo đạc trước. Đây cũng là mức độ cực nhỏ – nhỏ hơn một hạt electron xấp xỉ 500.000 lần.

Tô Vân dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2019-11-upper-limit-neutrino-mass.html