Tiến gần tới việc tính khối lượng hạt neutrino khó nắm bắt
Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm bậc nhất thế giới có thể ước tính khối lượng cực đại của loại hạt siêu nhẹ này.
Một thí nghiệm tại Đức đã có thể thực hiện việc đo đạc khối lượng cực đại của các hạt neutrino chính xác nhất hiện nay – các hạt hạ nguyên tử nhẹ đến mức rất khó để đo đạc, vì thế các nhà vật lý chỉ có thể ước tính được giới hạn trần khối lượng của chúng.
Các kết quả nghiên cứu đầu tiên từ thí nghiệm Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) tại tây nam Đức đã tiết lộ là khối lượng của các hạt neutrino ở mức cao nhất là 1,1 electronvolts (eV). Kết quả đo này đã được cải thiện gấp đôi độ chính xác so với các lần đo trước, khi đưa ra số liệu là eV. Guido Drexlin, đồng phát ngôn viên của nhóm hợp tác KATRIN, đã trình bày kết quả vào ngày 13/9/2019 tại một hội nghị Toyama, Japan.
Các hạt neutrino thuộc về nhóm các hạt phong phú nhất vũ trụ. Chúng là những hạt nhẹ nhất trong tất cả các hạt hạ nguyên tử có khối lượng mà chúng ta biết – khối lượng nhẹ hơn một hạt electron khoảng 500.000 lần. Nhưng chúng có xu hướng xuyên qua vật chất mà không bị “phát hiện” bởi chúng không gây ra tương tác nào, điều đó tạo ra thách thức rất lớn trong việc thực hiện những phép đo đạc các hạt này.
Nhóm hợp tác KATRIN đã thu thập dữ liệu trong vài tuần đầu tháng 4 và 5. Máy dò của họ kiểm soát sự phân rã hạt nhân của tritium, một đồng vị hydrogen nặng. Trong suốt quá trình này, một neutron trở thành một proton và phát xạ thành một electron và một neutrino. Nhóm KATRIN không thể dò được trực tiếp các hạt neutrino. Thay vào đó, việc đo đạc phạm vi năng lượng của các electron được diễn ra trong một buồng hình cầu dài 23 m, vốn là hệ chân không siêu cao dài nhất thế giới. Phép đo này tiết lộ phạm vi mức năng lượng của các hạt neutrino bí ẩn với mong muốn đem lại kết quả về khối lượng của chúng.
Nhóm nghiên cứu đã có được một bản ghi chép kết quả ban đầu và đã hoàn thành một bài báo để gửi xuất bản tới một tạp chí. Drexlin cho rằng, những kết quả đó là một sự xác nhận thành quả của 18 năm làm việc, tính từ khi KATRIN được thiết kế, và họ mới chỉ bắt đầu nếm trải tiềm năng của công nghệ này. “Nó mới chỉ cho cộng đồng nghiên cứu vật lý thất rằng KATRIN mới khởi đầu và tiến hành công việc”, anh nói.
Trong năm năm tới, nhóm hợp tác của Drexlin lập kế hoạch để tiếp tục cải thiện độ nhạy trong đo đạc ở KATRIN để nó có thể thực hiện được một phép đo đạc trên thực tế khối lượng của một hạt neutrino – hoặc để thu hẹp phạm vi ước tính cho đến khi độ nhạy của thiết bị này cho phép. Các quan sát vũ trụ đã đề xuất là khối lượng của các hạt neutrino có thể ở mức 0,1 eV hoặc nhẹ hơn.
Phương Thanh dịch
Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-019-02786-z
