5 thí nghiệm siêu táo bạo truy lùng tung tích “hạt ma”

Neutrino hay còn được biết đến với cái tên "Hạt ma" là hạt sơ cấp thuộc nhóm các hạt lepton, bền, không mang điện tích, có khối lượng nghỉ bằng không hoặc rất nhỏ. Do đó, neutrino chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng.

Neutrino được phát ra trong các vụ nổ sao băng. Những hạt này có khả năng xuyên thấu rất lớn.

Các nhà khoa học hy vọng, việc truy tìm nguồn gốc "hạt ma" sẽ giúp họ trả lời được hàng loạt câu hỏi về bí ẩn của vũ trụ. Chẳng hạn, tìm ra câu trả lời cho câu hỏi: Vì sao vũ trụ này lại tồn tại vật chất?

Thí nghiệm thứ nhất: Germanium Detector Array (GERDA)

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Gran Sasso đã sử dụng cỗ máy Borexino dò neutrino để nghiên cứu và tìm kiếm nguồn gốc thực sự của các loại hạt này. Phòng thí nghiệm này nằm sâu dưới lòng đất tại 1 dãy núi thuộc Italy.

Các nhà khoa học tham gia thí nghiệm đặc biệt này có thể phát hiện ra hạt ma nhờ vào quá trình phân rã phóng xạ.

Nói cách khác, thí nghiệm này sử dụng gecmani ( một nguyên tố hóa học thuộc bảng tuần hoàn, kí hiệu hóa học: Ge, số nguyên tử: 32) để lần ra dấu vết của "hạt ma".

Việc nghiên cứu về bản chất, hành vi của hạt neutrino có thể là chìa khóa mở ra sự hiểu biết về sự không đối xứng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ.

Sự không đối xứng này góp phần lý giải tại sao ngay sau vụ nổ Big Bang (cách đây khoảng 13,7 tỷ năm), khi hầu hết vật chất và phản vật chất triệt tiêu lẫn nhau, một số vật chất vẫn còn lưu lại để tạo nên vũ trụ hiện nay.

Điều này giải thích tại sao vũ trụ tồn tại vật chất và vì sao chúng ta có mặt ở đây hôm nay.

Thí nghiệm thứ hai: Đài quan sát neutrino ở Sudbury- Nghiên cứu tổng quan về neutrino

Đài quan sát Sudbury Neutrino Observatory (SNO) được chôn sâu dưới lòng đất. Nó được xây dựng từ những năm 1980, nhưng gần đây đã được nâng cấp và chuyển thành SNO+

SNO+ sẽ nghiên cứu, dò tìm hạt neutrino từ Trái Đất, Mặt Trời, và thậm chí cả sao băng.

Ở chính tâm của đài quan sát là một quả cầu acrylic khổng lồ chứa đựng hơn 800 tấn chất lỏng đặc biệt, hay còn gọi là quả cầu nước lấp lánh.

Khi neutrino tương tác với các hạt khác trong máy dò, chúng tạo ra một phản ứng vô cùng đẹp mắt. Ngay tại thời điểm đó, một thứ ánh sáng lấp lánh xuất hiện trong quả cầu nước.

Nhờ đó, những người quan sát thí nghiệm này cũng sẽ cảm thấy vô cùng phấn khích và thích thú.

Nhờ vào các máy dò SNO ban đầu, các nhà khoa học nhận định rằng có ít nhất 3 loại neutrino khác nhau.

Thí nghiệm thứ ba: "Tảng bang hình khối" (Ice Cube) – Thí nghiệm khám phá vũ trụ

Ice Cube là máy dò neutrino lớn nhất thế giới, tọa lạc ở Nam Cực.

Máy dò này sử dụng 5.160 cảm biến phân phối trên một tỷ tấn băng đá để xác định vị trí của các hạt neutrino với năng lượng siêu khổng lồ từ những ngôi sao phát nổ, lỗ đen hay các ngôi sao neutron.

Theo báo cáo của Symmertry: Khi neutrino va chạm vào các phân tử nước trong băng, chúng sẽ lập tức phun trào.

Những hạt di chuyển với tốc độ cực nhanh có thể sẽ phát ra bức xạ "ánh sáng hình nón" hay còn gọi là hiệu ứng Cherenkov (tên một nhà khoa học người Nga).

Các nhà khoa học hy vọng sẽ sử dụng thông tin này để tái tạo đường dẫn của các neutrino và xác định ra nguồn gốc thật sự của chúng.

Thí nghiệm thứ tư: Daya Bay

Daya Bay là một thí nghiệm về neutrino, có sử dụng 3 phòng thí nghiệm được đặt dưới lòng đất với bốn thiết bị dò phản hạt neutrino được đặt trong một bể nước siêu tinh khiết

Để nghiên cứu dao động neutrino, dự án Hợp tác Daya Bay đã sử dụng 8 bộ dò trong ba bể nước lớn dưới lòng đất, được đặt ở những khoảng cách khác nhau.

Các máy dò nhận dạng được những biến đổi xảy ra khi hàng triệu ngàn triệu triệu (millions of quadrillions) hạt phản neutrino electron di chuyển ra từ các nguồn ban đầu là lò phản ứng.

Daya bay được xây dựng với mục tiêu điều tra dao động neutrino và tính tổng số các phản hạt neutrino.

Thí nghiệm thứ năm: Super – Kamiokande (Super- K)

Super-Kamiokande là một bể thép không gỉ khổng lồ với đường kính 39 m, đặt tại Nhật Bản. Nó chứa đầy 50.000 tấn nước tinh khiết.

Khi neutrino tương tác với khối nước đó, nó biến thành một hạt tích điện, sau đó tạo ra một tia sáng.

Có hơn 13.000 máy dò sáng cực nhạy đặt xung quanh bể nước dùng để quan sát những tia sáng này. Chúng có thể truy tìm ra nguồn gốc thật sự của neutrino.

Tương tự như IceCube, Super- K cũng xảy ra hiệu ứng Cherenkov.

Tuy nhiên, thí nghiệm này vượt trội hơn hẳn so với SNO khi tìm ra bằng chứng về sự dao động neutrino giữa các hình thái của chúng.

Hơn nữa, thí nghiệm còn chứng minh được rằng neutrino có khối lượng (tuy rằng khối lượng của chúng rất nhỏ).

Hiện tại, phòng thí nghiệm này đang được nâng cấp để có thể phát hiện ra thêm thật nhiều bí ẩn khác về neutrino. Và chắc chắn rằng các nhà khoa học sẽ không chỉ dừng lại ở đó.

Chúng ta hãy cùng đón chờ thêm những khám phá, phát hiện thú vị mới về loại "hạt ma" này!

Theo Trí thức trẻ