Neutrino (tiếng Việt đọc là: Nơ-tri-nô, được ký hiệu bằng ký tự Hy Lạp

{\displaystyle \nu }

$\nu$ ) là một fermion (một hạt sơ cấp có spin bán nguyên

{\displaystyle 1/2}

$1/2$ ) chỉ tương tác với các hạt sơ cấp khác thông qua tương tác hạt nhân yếu và tương tác hấp dẫn[2][3]. Khối lượng của neutrino nhỏ hơn rất nhiều so với khối lượng của các hạt cơ bản khác từng được biết đến.[4]

Tên gọi của neutrino xuất phát từ hai tính chất cơ bản, ấy là trung hòa về điện (neutral-) và khối lượng nghỉ rất nhỏ (-ino). Tương tác hạt nhân yếu có khoảng cách tác dụng rất ngắn, tương tác hấp dẫn thì gần như là bằng không ở thang độ lớn hạ nguyên tử, còn bản thân neutrino lại là một lepton do đó không thể tham gia tương tác hạt nhân mạnh. Ba yếu tố kể trên dẫn đến khả năng tương tác cực kỳ yếu của neutrino: hạt này có thể đi xuyên qua một độ dày vật chất rất lớn (độ dài thiên văn) mà không gây ra một tương tác nào.[2][3]

Tương tác hạt nhân yếu, hay gọi tắt là tương tác yếu, tạo ra một neutrino thuộc một trong ba “hương” bao gồm electron neutrino (ký hiệu

{\displaystyle \nu _{e}}

$\nu _{e}$ ), muon neutrino (

{\displaystyle \nu _{\mu }}

$\nu _{\mu }$ ) hoặc tau neutrino (

{\displaystyle \nu _{\tau }}

$\nu _{\tau }$ ) và một lepton mang điện (

{\displaystyle e}

$e$ ,

{\displaystyle \mu }

$\mu$ , hoặc

{\displaystyle \tau }

$\tau$ ) có cùng hương với neutrino.[5] Mặc dù trong một thời gian dài, neutrino được tin là không có khối lượng, hiện nay chúng ta đã biết rằng có ba trạng thái khối lượng khác nhau của neutrino, và các trạng thái này không tương ứng với các trạng thái hương vừa nêu ở trên. Một neutrino luôn được tạo ra trong một tương tác yếu, với một trạng thái hương xác định. Theo cơ học lượng tử, trạng thái hương này là sự chồng chập của cả ba trạng thái khối lượng. Hệ quả của sự chồng chập này là hiện tượng dao động neutrino, trong đó neutrino có thể thay đổi hương của mình. Ví dụ, một electron neutrino được sinh ra từ một phân rã beta có thể được một máy đo đặt ở xa nhận biết như một muon neutrino hoặc tau neutrino.[6][7] Cho đến thời điểm hiện tại, chúng ta chỉ mới biết được hai hiệu số bình phương khối lượng, ấy là

{\displaystyle \Delta m_{21}^{2}}

$\Delta m_{21}^{2}$ (giữa trạng thái khối lượng

{\displaystyle \nu _{1}}

$\nu _{1}$ và

{\displaystyle \nu _{2}}

$\nu _{2}$ ) và

{\displaystyle |\Delta m_{32}^{2}|}

$|\Delta m_{32}^{2}|$ (giữa trạng thái khối lượng

{\displaystyle \nu _{2}}

và

{\displaystyle \nu _{3}}

$\nu _{3}$ , dấu giá trị tuyệt đối thể hiện rằng chúng ta chưa biết rõ giữa

{\displaystyle \nu _{2}}

và

{\displaystyle \nu _{3}}

, trạng thái nào có khối lượng lớn hơn).[8] Các quan sát vũ trụ học chỉ ra rằng tổng khối lượng ba trạng thái của neutrino phải nhỏ hơn một phần triệu khối lượng của một electron.[4][9]

Tương ứng với mỗi neutrino, tồn tại một phản hạt neutrino cũng mang spin bán nguyên và trung hòa về điện. Hạt và phản hạt neutrino được tách biệt với nhau bởi đối nghịch dấu về số lượng tử lepton (gọi tắt là số lepton) và đối nghịch chiral. Để bảo toàn số lepton, trong phân rã beta(+), electron neutrino được tạo ra cùng với positron (phản hạt electron) chứ không phải với electron. Tương tự như vậy, trong phân rã phản beta (hay nhiều người còn gọi là phân rã beta-), một phản electron neutrino sẽ được tạo ra cùng với một electron.[10][11]

Bạn đang đọc: Neutrino – Wikipedia tiếng Việt

Neutrino có thể được tạo ra theo nhiều cách, bao gồm: Phân rã beta của các hạt nhân nguyên tử hoặc của các hadron, các phản ứng hạt nhân (như trong các nhà máy điện nguyên tử, trong lõi của các ngôi sao) hoặc khi sử dụng các chùm tia năng lượng cao bắn phá các bia nguyên tử. Phần lớn neutrino trên Trái Đất đến từ các phản ứng nhiệt hạt nhân xảy ra trong lòng Mặt Trời. Trên bề mặt Trái Đất, ước tính khoảng

6.5
×

{\displaystyle 6.5\times 10^{10}}

$6.5\times 10^{10}$ hay 65 tỷ neutrino đến từ Mặt Trời đi xuyên qua một centimeter vuông diện tích mỗi giây.[12][13] Neutrino hoàn toàn có thể được tạo ra một cách nhân tạo trong các máy gia tốc hạt hoặc các lò phản ứng hạt nhân.

Hiện nay, những hoạt động giải trí điều tra và nghiên cứu tương quan tới neutrino đang được tập trung chuyên sâu góp vốn đầu tư rất mạnh với mục tiêu là tìm được khối lượng của neutrino, đo đạc góc pha quyết định hành động sự vi phạm đối xứng CP ( góc pha này có vai trò quan trọng trong việc hiểu về hiện tượng kỳ lạ leptogenesis diễn ra ngay sau Big Bang ), tìm kiếm những tín hiệu của vật lý ngoài Mô Hình Chuẩn ( phân rã beta kép không neutrino hay sự vi phạm số lepton ). Neutrino cũng hoàn toàn có thể được sử dụng trong kỹ thuật thấu ảnh tomography để nghiên cứu và phân tích những hiện tượng kỳ lạ diễn ra trong lòng Trái Đất. [ 14 ] [ 15 ]

Mục lục nội dung

Giả thuyết Pauli[sửa|sửa mã nguồn]

Neutrino được nhắc đến đầu tiên bởi Wolfgang Pauli vào năm 1930 để giải thích cho việc bảo toàn năng lượng, động lượng và mô men động lượng (spin) trong phân rã beta. Trái ngược với Niels Bohr, người đã đề xuất rằng bảo toàn năng lượng là một hiện tượng mang tính thống kê nhằm giải thích phổ năng lượng liên tục của electron thoát ra từ phân rã beta, Pauli giả thiết rằng có một loại hạt không quan sát được, phát sinh cùng với electron trong phân rã và do đó mang đi một phần năng lượng. Ông gọi hạt này là “neutron”, sử dụng hậu tố -on giống như proton hay electron.[16]

Sau đó hai năm, vào năm 1932, James Chadwick đã tìm ra một loại hạt mới trong cấu phần của hạt nhân nguyên tử, nặng gần bằng proton và cũng đặt tên cho nó là neutron, dẫn đến việc hai loại hạt có cùng một tên gọi. Pauli ( vào năm 1932 ) đã dùng tên gọi ” neutron ” để chỉ cả hai loại hạt ( hạt trung hòa giúp bảo toàn nguồn năng lượng trong phân rã beta và một hạt trung hòa được giả thuyết là nằm trong hạt nhân nguyên tử ) do ông xem hai hạt này là một. [ 16 ] Tên gọi ” neutrino ” xuất phát từ Enrico Fermi, người đã sử dụng từ này trong một hội nghị ở Paris vào tháng 7 năm 1932 và trong hội nghị Solvay tháng 10 năm 1933. Về sau Pauli cũng khởi đầu sử dụng tên gọi này thay cho ” neutron “. [ 17 ]Trong kim chỉ nan Fermi về phân rã beta, neutron – tò mò của Chadwick – hoàn toàn có thể phân rã thành một proton, một electron cùng với một hạt trung hòa nhỏ hơn :

→

−

ν
¯

{\displaystyle n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}

$n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$

Trong một bài báo khoa học viết năm 1934, Fermi đã phối hợp giả thuyết neutrino của Pauli, triết lý positron của Paul Dirac và quy mô neutron-proton của Werner Heisenberg trong một khuôn khổ kim chỉ nan khá vững chãi. Chính lý thuyết của Fermi đã đặt nền móng cho những khu công trình nghiên cứu và điều tra thực nghiệm sau này về tương tác yếu nói chung và vật lý neutrino nói riêng. Tuy nhiên, tạp chí Nature đã phủ nhận đăng tác dụng của Fermi vì cho rằng triết lý này ” quá xa vời so với trong thực tiễn “. Fermi đã nộp bài báo đó cho một tạp chí chuyên ngành tại ý và được đồng ý chấp thuận cho đăng, nhưng vì triết lý của ông lôi cuốn được quá ít chăm sóc của cộng đồng khoa học tại thời gian đó, ông đã chuyển sang điều tra và nghiên cứu vật lý thực nghiệm. [ 18 ] [ 19 ]Tuy nhiên, ngay trước năm 1934, người ta đã tìm ra một bằng chứng thực nghiệm đi ngược lại với sáng tạo độc đáo của Bohr về việc nguồn năng lượng không được bảo toàn trong phân rã beta. Tại hội nghị Solvay năm 1934, tác dụng từ những phép đo phổ nguồn năng lượng của những electron trong những phân rã beta đã chỉ ra rằng sống sót một số lượng giới hạn nguồn năng lượng ( một cận trên ) của electron ( không có một phân rã nào hoàn toàn có thể sinh ra electron với nguồn năng lượng lớn hơn số lượng giới hạn này ). Một số lượng giới hạn nguồn năng lượng như vậy phải là hiệu quả của định luật bảo toàn nguồn năng lượng bởi nếu nguồn năng lượng chỉ được bảo toàn một cách thống kê như sáng tạo độc đáo của Bohr, sẽ phải có chí ít vài phân rã trong đó nguồn năng lượng của electron lớn hơn số lượng giới hạn được tìm thấy. Lời giải thích đơn thuần cho hiện tượng kỳ lạ phổ nguồn năng lượng liên tục của electron trong phân rã beta chính là có một loại hạt mới, mà ta chưa quan sát được, đã mang đi một phần nguồn năng lượng phân rã, phần còn lại chính là nguồn năng lượng của electron mà ta quan sát được. Pauli đã tận dụng phát hiện mới này để mở màn công khai minh bạch ủng hộ ý tưởng sáng tạo về hạt ” neutrino ” của mình .

Phát hiện bằng đo đạc trực tiếp[sửa|sửa mã nguồn]

Clyde Cowan đang thực hiện thí nghiệm đo đạc neutrino năm 1956.

Xem thêm: Bảo Tàng Dân Tộc Học Tiếng Anh Là Gì, Bảo Tàng Dân Tộc Học Việt Nam

Vào năm 1942, Wang Ganchang lần đầu đề xuất việc sử dụng hiện tượng kỳ lạ hấp thụ beta để hoàn toàn có thể dò neutrino. Trong ấn phẩm của tạp chí Science ra ngày 20 tháng 7 năm 1956, một bài báo dưới tên Clyde Cowan, Frederick Reines, F. B. Harison, H. W. Kruse và A. D. McGuire đã xác nhận việc trực tiếp đo đạc được neutrino, một hiệu quả tuyệt vời, xứng danh với giải Nobel năm 1995 .Trong thí nghiệm tiên phong tìm ra neutrino, mà ngày này được gọi với tên thí nghiệm Cowan-Reines, những phản neutrino sinh ra từ một lò phản ứng hạt nhân đã tương tác với những proton để tạo ra neutron và positron. Đây được gọi là phản ứng phân rã beta ngược :

ν
¯

→

{\displaystyle {\bar {\nu }}_{e}+p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}}

${\bar {\nu }}_{e}+p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}$

Position là phản hạt của electron nên nhanh gọn bị hủy cặp khi gặp một electron nào đó ở vùng lân cận. Kết quả của sự hủy cặp này là hai tia gamma với nguồn năng lượng đặc trưng 0.51 MeV. Neutron hoàn toàn có thể được quan sát trải qua việc một hạt nhân sẽ hấp thụ neutron này và giải phóng một bức xạ gamma đặc trưng. Do vậy, tín hiệu của một neutrino tương tác với máy đo sẽ là 2 tín hiệu gamma xảy ra gần với nhau, một do hủy positron, một do hấp thụ neutron .

Các hương của neutrino[sửa|sửa mã nguồn]

Có ba loại neutrino sau :

Khối lượng và tương tác mê hoặc[sửa|sửa mã nguồn]

Neutrino được phát ra trong những vụ nổ siêu tân tinh, nó không có khối lượng. Nhờ Định luật bảo toàn khối lượng ( trong hạt vật chất của thiên hà nếu khối lượng bị giảm mà nguồn năng lượng vẫn còn thì phải có gì đó bù vào ). [ 20 ]

Neutrino so với thiên văn học[sửa|sửa mã nguồn]

Trong những loại neutrino, chỉ có neutrino điện tử mang giá trị thực tiễn trong thiên văn học do năng lực tương tác rất nhỏ của chúng, nói khác đi là nhờ năng lực xuyên thấu rất lớn của nó. Ví dụ : chiều dài quỹ đạo hoạt động tự do của một hạt neutrino, mang nguồn năng lượng 1 MeV, trong sắt kẽm kim loại chì là 1018 m, ứng với 100 năm ánh sáng. Với năng lực này, neutrino trong thiên hà thuận tiện xuyên qua những phản ứng hạch nhân trong những sao và mang đi một phần nguồn năng lượng đáng kể của sao ( thiên văn học neutrino ) .Do tính tương tác yếu nên những neutrino rất khó chớp lấy được, và chúng được giả định là một thành phần của vật chất tối trong thiên hà .