Vẻ Đẹp Từ Sự Phá Vỡ
Đâu đó có câu chuyện về những kiến trúc sư khi xây một khung điện: Họ đã đặt rất nhiều tấm kính nhưng thật không may những tấm kính đó đã vỡ vụn khi mang đến nơi xây dựng. Thế nhưng thay vì thật vọng và vứt bỏ những tấm kính đó, họ đã làm nên những tuyệt tác từ những tấm kính vỡ. Sự phá vỡ không phải lúc nào cũng mang đến sự đen đủi phải không?
Một cô gái trẻ ngồi trước gương và ngắm nhìn mình qua gương hàng ngày. Sẽ thế nào nếu như cô gái cứ già đi theo thời gian nhưng cô gái trong gương không hề già đi? Chắc hẳn là sẽ rất tuyệt phải không? Chiếc gương đó chắc hẳn là một chiếc gương thần và chỉ có trong những câu chuyện cổ tích thôi nhỉ?
Bạn có biết chiếc gương lớn nhất của Tự Nhiên không? Đó là chiếc gương phản chiếu sự đối xứng giữa vật chất và phản vật chất. Chắc bạn đã nghe nhiều về vật chất, chính cơ thể chúng ta là vật chất, con virus xấu xa kia, Trái đất này, những ngôi sao xa xôi; nhưng chắc nghe đến phản-vật chất bạn thấy xa xôi trừu tượng lắm. Nhưng không, bạn gặp phản-vật chất hàng ngày, chỉ là bạn không biết mà thôi. Một quả chuối trung bình trong 70 phút sẽ sinh ra một hạt gọi là positron, phản vật chất của electron.
Các định luật vật lý về cơ bản là đối xứng giữa vật chất và phản vật chất. Sau vụ nổ lớn Big Bang, người ta cho rằng số lượng vật chất và phản vật chất là như nhau. Khi vật chất gặp phản vật chất, chúng sẽ phân huỷ lẫn nhau. Vậy tại sao chúng ta có được Vũ Trụ vật chất với vô vàn ngôi sao như được nhìn thấy?
Vũ Trụ dưới ống kính thiên văn Hubble. Nếu vật chất và phản vật chất là hoàn toàn đối xứng, Vũ Trụ đã không thể như ngày hôm nay. Chính tâm gương không hoàn hảo của Tự Nhiên đã tạo nên Vũ Trụ, và chính chúng ta ngày hôm nay
Người ta cho rằng sự mất cân đối giữa vật chất và phản vật chất liên quan đến vi pham một đối xứng cơ bản giữa chúng, đó chính là đối xứng gương. Trên thực tế, người ta đã tìm thấy sự vi phạm đối xứng gương này ở các hạt quark, một thành phần cơ bản cấu thành nên vật chất. Tuy nhiên mức độ vi phạm ở các hạt quark là rất nhỏ để có thể giải thích được sự chênh lệch giữa vật chất và phản vật chất trong Vũ Trụ quan sát được. Bài báo mới nhất của thí nghiệm T2K đăng trên tạp chí Nature https://www.nature.com/articles/s41586-020-2177-0 đưa ra dấu hiệu vi phạm đối xứng giữa vật chất và phản chất trong một quá trình gọi là dao động neutrino. Đây là hiện tượng đã mang đến giải Nobel vật lý năm 2015 cho GS Takaaki Kajita và GS Arthur B. McDonald. Tại sao hiện tượng này quan trọng như vậy?
Hiện tượng dao động neutrino cho phép chúng ta khẳng định rằng neutrino có khối lượng, một kết luận đi ngược lại tiên đoán trước đó của một trong những mô hình vật lý thành công nhất cho đến thời điểm hiện tại, gọi là Mô Hình Chuẩn. Neutrino có khối lượng nhưng rất rất nhỏ, cở 1 phần tỷ khối lượng proton. Nếu hình dung proton như chiếc máy bay thì neutrino chỉ cỡ một con ruồi giấm. Nhưng vì mật độ neutrino trong Vũ Trụ là rất lớn, khoảng 330 hạt trên cm3 , lớn gấp một tỷ lần mật độ của proton tổng khối lượng của neutrino là cỡ khối lượng của tất cả các ngôi sao gộp lại. Neutrino chắc hẳn phải có vai trò rất lớn trong sự tiến triển của Vũ Trụ. Nhưng tại sao neutrino vẫn còn nhiều bí ẩn?
Neutrino được biết đến như là đứa bé nhút nhát, khó gần nhất Vũ Trụ. Chúng có thể đi qua toàn bộ Trái Đất mà không để lại dấu vết gì. Dẫu có hàng ngàn tỷ hạt neutrino đi qua cơ thể chúng ta, với neutrino, chúng ta không hề tồn tại. Đó là bởi neutrino chỉ tham gia hai trong số 4 tương tác cơ bản mà loài người biết đến: tương tác yếu và tương tác hấp dẫn. Như thể neutrino có ngôn ngữ riêng của người ngoài hành tinh, trong khi ánh sáng, electron, proton sử dụng tiếng Anh để tương tác vậy. Cũng bởi vì neutrino tương tác rất yếu với vật chất, việc phát hiện và nghiên cứu neutrino là tương đối khó khăn. Vậy làm sao để bắt được Neutrino?
Giống như bạn muốn nói tiếng Việt với một ai đó, bạn cần đến Việt Nam và ở các thành phố đông đúc để có nhiều cơ hội tương tác. Neutrino rất khó gần và vì vậy để bắt được nó, thường cần đến những máy đo có kích thước rất lớn: ví dụ máy đò NOvA ở Mỹ với kích thước của một chiếc máy bay Airbus hay máy dò Super-Kamiokande được làm đầy với 50 nghìn tấn nước tinh khiết. Hoặc (đồng thời) người ta phải sử dụng hoặc tạo ra một nguồn rất lớn các neutrino. Các máy gia tốc ở Fermilab, Mỹ hay J-PARC, Nhật được sử dụng với mục đích tạo ra những nguồn neutrino như thế. Khi neutrino tương tác yếu với vật chất, những đốm sáng rất yếu như những con đom đóm sẽ loé lên trong chớp mắt. Máy đo với những con mắt phải đủ nhạy để có thể bắt được những đốm sáng yếu đó. Hình ảnh thu được sẽ cho phép biết đó có phải neutrino hay không.
Khi neutrino tương tác yếu với vật chất, những đốm sáng rất yếu như những con đom đóm sẽ loé lên trong chớp mắt. Máy đo với những con mắt phải đủ nhạy để có thể bắt được những đốm sáng yếu đó. Hình ảnh thu được sẽ cho phép biết đó có phải neutrino hay không.
Neutrino có thể mang đến ích lợi thiết thực gì?
“Tôi không nói rằng Neutrino sẽ là một thứ thiết thực, nhưng đó là một mô hình được tôn vinh theo thời gian: khoa học đi trước, và sau đó công nghệ xuất hiện, cùng với nhau tạo ra sự khác biệt to lớn trong cách chúng ta sống”- Fredrick Reines, giải thưởng Nobel, đồng phát hiện ra neutrino, NYT 1997.
Thực sự Neutrino đã mang đến cho chúng ta nhiều hơn rất nhiều so với bề ngoài nhút nhát của nó. Neutrino cho phép bạn biết hiện trạng lõi của Mặt Trời như thế nào. Có bao giờ bạn tự hỏi nếu một ngày Mặt Trời không chiếu sáng nữa, sẽ thế nào nhỉ? Bạn có biết ánh sáng mà bạn nhận hàng ngày từ Mặt Trời được sinh ra không phải vừa mới mà đã là 100 nghìn năm trước đó. Tức là nếu Mặt Trời có mệnh hệ nào thì nếu chỉ dựa vào ánh sáng không thôi, thông tin mà bạn có đã là dĩ vãng. Nhưng neutrino lại khác. Nó chỉ mất hơn 8 phút để đi từ lõi Mặt Trời đến Trái Đất. Vì vậy neutrino là công cụ để bạn theo dõi tình trạng của Mặt Trời đấy. Ngoài ra Neutrino với khả năng xuyên thấu của mình cho phép bạn quét toàn bộ Trái Đất như một máy quét laser khổng lồ. Còn nữa, Neutrino cho phép bạn nhìn sâu bên trong các lò phản ứng hạt nhân và trở thành một công cụ an ninh quốc gia: khi một quốc gia nào đó quyết định cho chạy lò phản ứng hạt nhân, ở một mức độ nào đó, sẽ không còn là bí mật bởi thông tin thu được từ neutrino không thể bị giữ lại trong lãnh thổ của quốc gia đó. Có thể bạn sẽ còn ngạc nhiên hơn khi nghe về năng lượng neutrino hay truyền thông tin không thể ngăn chặn với neutrino.
Bản đồ phát xạ neutrino từ các lò phản ứng hạt nhân trên thế giới. Neutrino trở thành một công cụ an ninh quốc gia
Ở trên mình giới thiệu qua về Neutrino và vai trò của nó. Bạn muốn tìm hiểu sâu hơn về Neutrino, các bạn có thể tìm thấy thêm thông tin ở đây
Bạn cũng có thể đăng ký lớp học hè về Neutrino ở đây