Nghiên cứu đặc điểm hóa vết neutrino

Hạt neutrino, một trong những hạt hạ nguyên tử khó nắm bắt bậc nhất và ít được biết bậc nhất của tự nhiên, hiếm khi tương tác với vật chất thông thường. Điều này khiến cho những nghiên cứu chính xác về hạt neutrino và hạt đối tác phản vật chất của nó, phảnneutrino, là một thách thức.

Những phát xạ mạnh nhất của neutrino trên trái đất – các lò phản ứng hạt nhân – đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu về những hạt này. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế Thí nghiệm dao động lò phản ứng chính xác và phổ (PROSPECT) để dành cho những nghiên cứu chi tiết về phản neutrino từ lõi của lò phản ứng đồng vị thông lượng cao (HFIR).

Giờ thì nhóm hợp tác nghiên cứu PROSPECT đã báo cáo về đo đạc chính xác nhậc nhất từ trước đến nay phổ năng lượng của các hạt phản neutrino phát xạ từ sự phân hạch của uranium-235 (U-235). Những kết quả này đem lại cho các nhà nghiên cứu những thông tin mới về bản chất của những hạt đặc biệt này.

Nhóm hợp tác PROSPECT gồm hơn 60 thành viên từ 13 trường đại học và bốn phòng thí nghiệm. Họ xây một hệ dò phản neutrino mới và lắp đặt nó với tấm chắn được thiết kế riêng để tránh bức xạ nền tại lò phản ứng nghiên cứu HFIR tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge. Nghiên cứu này tập trung vào các hạt phản neutrino đột sinh từ quá trình phân hạch U-235. Được tạo ra từ phân rã beta hạt nhân, các hạt phản neutrino là những bản sao hạt phản vật chất với các neutrino.

PROSPECT đã đem lại những cái nhìn thấu suốt mới vào vật lý neutrino cơ bản và là một công cụ hữu dụng cho hiểu tốt hơn về các quá trình hạt nhân trong lò phản ứng phân hạch. PROSPECT mới thông báo phép đo đạc chính xác nhất về phổ năng lượng của phản neutrino từ U-235. Nó cũng đem lại những ràng buộc mới lên nguồn gốc của sự bất xứng giữa mô hình và dữ liệu quan sát được. Các kết quả này đã đem lại bằng chứng cần thiết để hiểu rõ hơn về việc các miêu tả của mô hình việc tạo ra phản neutrino từ phân hạch các đồng vị.

Phát hiện mới được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters ¹.

Các nhà khoa học quan tâm đến các đặc trưng của hạt neutrino bởi nó đem lại một thử nghiệm trực tiếp cho Mô hình chuẩn của vật lý hạt. Đó là lý thuyết miêu tả những tương tác giữa mọi hạt cơ bản trong vũ trụ này. Những đề xuất cho vật lý không được giải thích bằng Mô hình chuẩn bắt nguồn từ những bất đồng giữa các dự đoán trên cơ sở mô hình và dữ liệu từ các thực nghiệm. Các thực nghiệm trên lò phản ứng đã dò được ít hạt neutrino hơn các nhà khoa học chờ đợi va tìm thấy sự thiếu nhất quán trong một vùng nhỏ của phổ năng lượng.

Kết quả mới của Nhóm hợp tác PROSPECT đã giải quyết trực tiếp những thiếu nhất quán đó. Kết quả này vì vậy cũng đem lại một tham chiếu mới cho phổ năng lượng và cũng cung cấp những ràng buộc mới về nguồn gốc của những bất đồng giữa dữ liệu và mô hình.

Các thực nghiệm diễn ra trên lò phản ứng đã đạt được các cột mốc quan trọng trong vật lý neutrino, như thực nghiệm dò hạt neutrino đầ tiên và thực nghiệm xác nhận hạt neutrino thay đổi vị khi chúng di chuyển. Những đặc điểm độc đáo như cường độ cao và một lõi compact của nhiên liệu U-235 có độ giàu cao khiến cho HFIR trở thành một nơi lý tưởng cho sự kết hợp lâu dài giữa các lò phản ứng và cái nhìn mới vào các đặc trưng của hạt neutrino.

Anh Vũ tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2023-10-characterizes-footprint-neutrinos.html

https://www.energy.gov/science/hep/articles/prospect-characterizes-footprint-neutrinos

——————————————-

1. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.021802