Thí nghiệm xác nhận sự dị thường, có thể chỉ ra một hạt cơ bản mới
Những kết quả khoa học mới xác nhận một dị thường xảy ra trong các thực nghiệm trước đây. Điều này có thể chỉ ra một hạt cơ bản chưa từng được công nhận, hạt neutrino trơ, hoặc biểu thị sự cần thiết cần phải có một diễn giải mới về một khía cạnh của vật lý mô hình chuẩn, như mặt cắt neutrino từng được đo đạc lần đầu tiên vào 60 năm trước đây.
Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos (Mỹ), nơi dẫn dắt sự hợp tác của các phòng thí nghiệm khác nhau thực hiện Thực nghiệm về những chuyển pha trơ Baksan (BEST).
Kết quả của nó mới được công bố trên hai tạp chí Physical Review Letters và Physical Review C 1.
“Chúng tôi vô cùng bị kích thích bởi kết quả này”, Steve Elliott, nhà phân tích dẫn dắt một trong những nhóm nghiên cứu đánh giá dữ liệu và là thành viên của Bộ phận Vật lý Los Alamos. “Đây là việc tái xác nhận một cách dứt khoát dị thường mà chúng ta đã từng thấy trong những thực nghiệm trước đây. Nhưng thực ra điều này cũng vẫn chưa rõ ràng. Hiện tại có những mâu thuẫn trong các kết quả về hạt neutrino trơ. Nếu các kết quả này chỉ dấu vật lý hạt nhân cơ bản hay vật lý nguyên tử đang bị hiểu sai thì bản thân điều đó cũng hết sức thú vị phải không”.
Những thành viên khác của nhóm nghiên cứu Los Alamos còn có Ralph Massarczyk và Inwook Kim.
Sâu dưới hơn một dặm dưới đài quan sát Neutrino Baksan đặt dưới chân dãy núi Caucasus của Nga, BEST sử dụng 26 chiếc đĩa làm bằng chromium 51 đã được chiếu xạ, một đồng vị phóng xạ tổng hợp của chromium và nguồn electron neutrinos 3,4 megacurie, để chiếu xạ bên trong và bên ngoài bể gallium, một kim loại mềm màu bạc từng được sử dụng trong vài thực nghiệm trước. Sự tương tác giữa các neutrino electron từ chromium 51 và gallium tạo ra đồng vị germanium 71.
Tỉ lệ germanium 71 được tạo ra thấp hơn 20 đến 24% mức các nhà nghiên cứu tính toán trên mô hình lý thuyết. Sự thiếu nhất quán này nối tiếp với sự bất thường mà họ đã quan sát trên những thực nghiệm trước.
BEST được xây dựng trên cơ sở một thực nghiệm solar neutrino, Thực nghiệm Gallium Xô Mỹ (SAGE), trong đó Phòng thí nghiệm quốc gia Mĩ Los Alamos đóng vai trò chính, đã được khởi nguồn từ những năm 1980. Nó sử dụng gallium và các nguồn neutrino mật độ cao. Kết quả từ thực nghiệm này và một số thực nghiệm khác chỉ dấu một sự thiếu hụt electron neutrino – một sự thiếu nhất quán giữa dự đoán và kết quả thực tế mà các nhà khoa học vẫn thường nhắc đến với tên gọi “dị thường gallium”. “Một diễn giải về sự thiếu hụt có thể là bằng chứng cho những dao động giữa electron neutrino và các trạng thái của neutrino trơ.
Dị thường tương tự tái xuất hiện trong thực nghiệm BEST. Những giải thích có thể một lần nữa là dao động trong một hạt neutrino trơ. Hạt giả thuyết có thể tạo thành một phần quan trọng của vật chất tối, một hình thức tương lai của vật chất qua đó tạo ra phần lớn vũ trụ vật chất này. Dẫu vậy thì diễn dịch này có thể cần được kiểm nghiệm thêm bởi vì sự đo đạc cho mỗi bể thường khó mà cho kết quả giống nhau, thậm chí thấp hơn mức người ta có thể chờ đợi.
Những diễn giải khác về sự dị thường bao gồm khả năng có thể là sự hiểu lầm về thông tin lý thuyết đầu vào cho thực nghiệm này – bản thân vật lý mô hình chuẩn đòi hỏi phải được xử lý lại. Elliott chỉ ra, chưa bao giờ mặt cắt của electron neutrino được đo đạc ở các mức năng lượng đó. Ví dụ một thông tin lý thuyết để đo đạc mặtt cắt rất khó để xác nhận, là mật độ electron tại các hạt nhân nguyên tử.
Phương pháp thực hiện thực nghiệm này được xem xét lại để đảm bảo không có nhiễu nào xuất hiện trong từng khía cạnh của nghiên cứu, như nơi đặt nguồn phóng xạ hay sự vận hành của hệ đếm. Những lặp lại của thực nghiệm trong tương lai, nếu được tiếp tục thực hiện, có thể bổ sung thêm một nguồn phóng xạ khác với mức năng lượng cao hơn, chu kỳ bán rã dài hơn và độ nhạy lớn hơn để có thể đo được dao động ngắn hơn của các bước sóng dài hơn.
Anh Vũ tổng hợp
Nguồn: https://phys.org/news/2022-06-results-anomaly-elementary-particle.html
——————————————
1. “Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST)”, Physical Review Letters (2022).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.232501
“Search for electron-neutrino transitions to sterile states in the BEST experiment”, Physical Review C (2022)
https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.105.065502
