Lời giải cho bài toán neutrino còn thiếu doc

Lời giải cho bài toán neutrino còn
thiếu
Hai phần đầu tóm tắt bí mật neutrino mặt trời và đưa ra lời giải
đã được tìm thấy trong ba năm vừa qua. Hai phần tiếp theo mô
tả ý nghĩa của lời giải đối với vật lí học và thiên văn học. Phần
tiếp theo đó vạch rõ cái còn lại để làm trong nghiên cứu neutrino
mặt trời và trình bày quan điểm riêng của tôi lí giải tại sao mất
hơn 30 năm mới giải xong bí ẩn neutrino còn thiếu. Phần cuối
cùng mang lại một ấn tượng nhìn lại quá khứ của lời giải.
Bí ẩn
Cảnh mở màn
Trong nửa đầu thế kỉ 20, các nhà khoa học trở nên bị thuyết
phục rằng mặt trời chiếu sáng bằng cách chuyển hóa, ở sâu bên
trong của nó, hydrogen thành helium. Theo lí thuyết này, bốn
hạt nhân hydrogen gọi là proton (p) bị biến đổi ở bên trong mặt
trời thành hạt nhân helium (
4
He), hai phản electron (e
+
, electron
tích điện dương) và hai hạt bí ẩn và khó nắm bắt gọi là neutrino
(ν
e
). Quá trình biến đổi hạt nhân này, hay sự nhiệt hạch hạt nhân,
được tin là nguyên nhân cho ánh sáng mặt trời và do đó cho mọi
sự sống trên trái đất. Quá trình biến đổi, bao gồm nhiều phản
ứng hạt nhân khác nhau, có thể viết thành sơ đồ như sau:
4p →
4
He + 2e
+

+ 2 ν
e
(1)
Hai neutrino sinh ra mỗi khi phản ứng nhiệt hạch (1) xảy ra. Vì
bốn proton nặng hơn một hạt nhân helium, hai electron dương
và hai neutrino, nên phản ứng (1) giải phóng rất nhiều năng
lượng đối với mặt trời cuối cùng đi tới trái đất dưới dạng ánh
sáng mặt trời. Phản ứng đó xảy ra rất thường xuyên. Neutrino dễ
dàng thoát khỏi mặt trời và năng lượng của chúng không biểu
hiện dưới dạng nhiệt mặt trời hay ánh sáng mặt trời. Đôi khi
neutrino được tạo ra với năng lượng tương đối thấp và mặt trời
cho rất nhiều nhiệt. Đôi khi neutrino sinh ra với năng lượng cao
hơn và mặt trời cho ít năng lượng hơn.
Các neutrino trong phương trình (1) và minh họa dưới đây là
tâm điểm của bí ẩn mà chúng ta khảo sát trong bài viết này.


Neutrino có điện tích bằng không, tương tác rất hiếm với vật
chất và – theo các giáo trình của mô hình chuẩn của vật lí hạt cơ
bản – không có khối lượng. Khoảng 100 tỉ neutrino phát ra từ
mặt trời hình bóng bạn trong mỗi giây, nhưng bạn không cảm
thấy chúng vì chúng tương tác quá hiếm và quá yếu với vật chất.
Neutrino thật sự không bị hủy diệt; hầu như không có gì xảy ra
với chúng. Trong mỗi trăm tỉ neutrino mặt trời truyền qua trái
đất, chỉ khoảng chừng một hạt có tương tác với toàn bộ khối vật
chất cấu thành nên trái đất. Vì chúng quá hiếm khi tương tác,
nên neutrino dễ dàng thoát ra khỏi phần bên trong mặt trời, nơi
chúng sinh ra, và mang lại thông tin trực tiếp về các phản ứng
nhiệt hạch mặt trời đến với chúng ta trên trái đất. Có ba loại
neutrino đã biết. Sự nhiệt hạch hạt nhân trong mặt trời chỉ tạo ra

một loại neutrino đi cùng với electron nên gọi là electron
neutrino (n
e
). Hai loại neutrino kia, muon neutrino (n
m
) và tau
neutrino (n
t
) được tạo ra, ví dụ, trong các máy gia tốc phòng thí
nghiệm, hoặc trong những ngôi sao đang bùng nổ, cùng với các
chị em nặng hơn của electron, các hạt muon (m) và tau (t).
Neutrino bị thiếu
Vào năm 1964, sau nghiên cứu tiên phong của Raymond Davis
Jr, ông và tôi đã đề xuất một thí nghiệm nhằm kiểm tra xem việc
biến đổi hạt nhân hydrogen thành hạt nhân helium trong mặt trời
có thật sự là nguồn phát của ánh sáng mặt trời, như phương trình
(1) xác nhận hay không