Phân tích mới để nhìn sâu hơn vào hạt neutrino trơ

Một kết quả mới từ thực nghiệm MicroBooNE tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia Fermi của Bộ Năng lượng Mỹ để chứng minh về Mô hình chuẩn – lý thuyết phù hợp nhất hiện nay của các nhà khoa học về cách vũ trụ này vận hành. Mô hình này được giả định là có ba loại hạt neutrino. Trong hơn hai thập kỷ qua, loại neutrino thứ tư được đề xuất có lời giải thích hứa hẹn cho sự dị thường xuất hiện trong các thí nghiệm vật lý. Phát hiện ra hạt neutrino giả thuyết này có thể là một khám phá quan trọng và một cú chuyển cơ bản trong hiểu biết của chúng ta về vũ trụ này.

Phân tích mới đã so sánh dữ liệu của thí nghiệm với một mô hình có hạt neutrino trơ để kiểm tra sự tương thích của nó. Các nhà khoa học của MicroBooNE không tìm thấy bằng chứng của hạt neutrino trơ đã mong chờ từ lâu trong phạm vi tham số được khám phá.

Khả năng là các hạt neutrino trơ là nguyên nhân của những dị thường chưa được giải thích mà các thực nghiệm trước đã báo cáo. Nó bao gồm những đo đạc của Máy dò neutrino lỏng ở Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, thí nghiệm MiniBooNE tại Fermilab, và nhiều thí nghiệm neutrino hóa phóng xạ và lò phản ứng hạt nhân.

“Đây là lần đầu tiên chúng tôi kiểm tra xem liệu dữ liệu của chúng tôi có phù hợp với mô hình hạt neutrino trơ không”, Matt Toups, một nhà khoa học ở Fermilab và là đồng phát ngôn của MicroBooNE, nói. “Chúng tôi đã loại trừ các tiết diện lớn của neutrino trơ mà không gian tham số cho phép bởi LSND. Nhưng vẫn còn những góc nơi hạt neutrino trơ có thể có tiềm năng ẩn náu”.

Trong khi phiên bản cơ bản bậc nhất của hạt neutrino trơ đang ngày một trở nên ít thấy hơn thì những dạng khác tinh tế hơn của vật lý có thể có vai trò nhất định. Ví dụ, có thể là một hạt neutrino trơ có hoạt động trong sự kết hợp với thứ vật chất khác như vật chất tối chẳng hạn. Hoặc có thể là những giải thích hoàn toàn khác biệt cho những dị thường xuất hiện. Thứ vật lý chưa thể giải thích được liên quan đến hạt Higgs boson hoặc thứ vật lý khác nằm ngoài Mô hình chuẩn có thể là nguyên nhân dẫn đến điều này.

“Trong công trình này, chúng tôi tìm thấy một sự tác động qua lại quan trọng giữa sự xuất hiện và biến mất của hạt neutrino, vốn chưa từng được xem xét trong công trình thực nghiệm trước đây. Đó là một hệ quả quan trọng trong kết quả tìm kiếm của chúng tôi”, Xiangpan Ji, một nhà nghiên cứu postdoctor tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven của DOE và là đồng phụ trách phân tích này.

Giống các kết quả năm 2021, phát hiện mới chỉ sử dụng một nửa bộ dữ liệu của MicroBooNE. Các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục nhìn vào các tín hiệu neutrino tiềm năng trong những phân tích tương lai. Họ sẽ mở rộng phân tích của mình cho toàn bộ bộ dữ liệu.

Máy dò MicroBooNE nặng 170 tấn thu thập dữ liệu từ năm 2015 đến 2021. Nó ghi nhận hàng trăm nghìn hình ảnh 3 D chi tiết một cách ngoạn mục về các sự kiện neutrino. Gần 200 nhà nghiên cứu từ 39 viện nghiên cứu từ năm quốc gia xây dựng và vận hành thực nghiệm này, giờ họ đang cùng nhau phân tích dữ liệu. Nhóm hợp tác chờ đợi thông báo những kết quả đầu tiên từ trọn bộ dữ liệu vào năm 2023.

MicroBooNE là một trong ba máy dò hạt từ Chương trình Neutrino đường chuẩn ngắn của Fermilab.  ICARUS và máy dò gần đường chuẩn ngắn là hai máy dò còn lại. Kết hợp lại, chúng có thể cho phép khám phá chi tiết về các đặc tính của hạt neutrino. Cụ thể, họ kiểm tra các dao động neutrino tại những mức năng lượng thấp và các khoảng cách ngắn. Các nhà khoa học hi vọng những đo đạc kết hợp của ba máy dò này sẽ giải quyết hoàn toàn những dị thường trong đo đạc hạt neutrino mà LSND và MiniBooNE đã quan sát được.

Sang năm, các nhà khoa học MicroBooNE cũng chờ đợi báo cáo về các mô hình neutrino trwo bawngg việc sử dụng dữ liệu từ hai chùm tia neutrino với những năng lượng khác nhau, một đặc điểm độc đáo của phức hợp máy gia tốc ở Fermilab. Cho đến lúc đó, kết quả này của MicroBooNE phụ thuộc vào các hạt neutrino được cung cấp bởi Booster Neutrino Beam của Fermilab, vốn tạo ra bằng các proton với năng lượng 8 tỉ billion electron volts (GeV). Nhưng máy dò MicroBooNE cung ghi nhận những tương tác  của các hạt neutrino từ máy gia tốc Main Injector ở Fermilab, tạo bởi các proton với năng lượng 120-GeV.

“Năng lực khám phá các hạt neutrino và các tương tác hiếm của chúng tôi sẽ được tăng  cường khi chúng tôi có thêm dữ liệu từ chùm Main Injector neutrino”, Hanyu Wei, giáo sư vật lý tại trường đại học bang Louisiana và đồng phụ trách phân tích về hạt neutrino trơ, cho biết. “Sự tác động qua lại giữa dữ liệu hai chùm tia sẽ rất thú vị và không chỉ là thống kê”.

Thêm vào việc cân nhắc câu hỏi về hạt neutrino trơ, MicroBooNE sẽ còn tìm kiếm những hiện tượng khác nằm ngoài Mô hình chuẩn và đem lại những đo đạc chính xác về cách các hạt neutrino tương tác với vật chất.

“Các hạt neutrino sẽ tiếp tục là một trong những hạt lạ nhất và thú vị nhất ở ngoài kia. Chúng là một trong những cơ hội đẹp nhất của chúng ta để nghiên cứu về thứ vật lý mới nằm ngoài Mô hình chuẩn”, Justin Evans, nhà khoa học tại trường đại học Manchester và là đồng phát ngôn của MicroBooNE, nói. “Có nhiều thứ vật lý neutrino đáng kinh ngạc mà MicroBooNE có thể phát hiện. Chúng tôi vô cùng hào hứng để thấy cái gì đang chờ mình trong dữ liệu này”.

Anh Vũ tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2022-11-analysis-closer-sterile-neutrino.html

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/06/220616152504.htm