Thí nghiệm tại máy gia tốc hạt Pháp chứng tỏ các đặc tính của siêu tân tinh

Cho đến hiện nay, người ta còn hiểu rất ít về hành xử của các hạt neutrino trong các siêu tân tinh. Khi lõi của một ngôi sao có khối lượng lớn ở giai đoạn cuối đời tự suy sụp dưới tác động của lực hấp dẫn, các điện tích trong những nguyên tử kết hợp các proton trong hạt nhân của chúng, qua đó tạo ra các proton cùng với các hạt neutrino.

Các hạt neutrino được tạo ra với số lượng lớn, sau đó chúng thoát khỏi ngôi sao neutron được hình thành với tốc độ thậm chí còn nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng. Nó nhiều đến mức 99% mức năng lượng phát xạ của một siêu tân tinh là từ quá trình hình thành của các neutrino! Đặc tính phát nổ của siêu tân tinh trong giai đoạn này là do chính các neutrino tạo ra.

Tuy vậy, khi lõi của ngôi sao suy sụp, các neutrino có thể bị các neutron tự do hoặc neutron trong những kết hợp (hạt nhân nhẹ) – một quá trình có khả năng ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa của siêu tân tinh. Các nhà vật lý hạt nhân muốn nhìn sâu hơn vào vật thể này bằng việc nghiên cứu về sự tập trung của các neutron ở vật chất hạt nhân bị kích thích, sử dụng các va chạm ion nặng ở Grand Accélérateur National d’Ions Lourds (GANIL) tại Caen.

Các hạt nhân nhẹ (deuteron, triton, đồng vị helium-3…) đều được tạo ra với sự kết hợp của các proton và neutron trong suốt quá trình va chạm giữa các nguyên tử phóng ra và nguyên tử đích. Mục tiêu của các nhà nghiên cứu là tập hợp các đặc tính nhiệt động lực học kiểm soát sự kết hợp của các neutron và proton trong vật chất hạt nhân với độ đậm đặc tương tự các siêu tân tinh tự suy sụp trong lõi.

Để làm điều này, họ sử dụng phân tích Bayes để tính toán các xác suất của những giả thiết về nguyên nhân – sự kiểm soát “có thể quan sát được” nhiệt động học sự hình thành của những kết hợp – trên cơ sở quan sát những hiện tượng đã biết (sự hình thành của các nguyên tố nhẹ).

Việc sử dụng máy dò Nhận diện hạt nhân và độ phân giải cao INDRA tại GANIL, các nhà nghiên cứu đã xác định được các hằng số cân bằng hóa học của những kết hợp neutron và proton như một chức năng của sự đậm đặc vật chất hạt nhân, sử dụng các đo lường trên sáu hạt nhân nhẹ. Các giá trị đó, khó tránh khỏi sự bất định cao, được so sánh với một tính toán lý thuyết.

Để cải thiện độ chính xác, các nhà nghiên cứu lên kế hoạch cho những thực nghiệm khác trên các nguyên tố nặng, sử dụng máy dò FAZIA kết hợp với INDRA, qua đó nâng cao khả năng nhận diện đồng vị của các hạt nhân nặng hơn một cách đáng kể.

Anh Vũ dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2020-11-french-particle-probe-properties-supernovae.html