Một nghiên cứu với sự tham gia chủ chốt của các nhà vật lý tại Đại học Wisconsin – Madison đã đo được chính xác một hạt hầu như không có trọng lượng và rất khó xác định, và đã tìm ra một manh mối về việc tại sao vũ trụ lại chứa đầy vật chất, chứ không phải người anh em họ của nó – phản vật chất.
Các hạt này có tên gọi là phản neutrino (anti-neutrino), và đã được tìm ra trong thí nghiệm Daya Bay dưới mặt đất gần một lò phản ứng hạt nhân ở Trung Quốc, cách phía Bắc Hồng Kông 55 km. Nhờ có những đo đạc này, nhóm Daya Bay đã về nhì trong danh sách các khám phá vượt bậc trong năm nay của tạp chí Science.
Các phản hạt (anti-particle) gần như giống hệt các hạt hạ nguyên tủ như electron, proton và neutron tạo nên thế giới của chúng ta. Khi một electron va chạm với một phản electron, cả hai sẽ bị hủy diệt và giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Nhưng vì các nhà khoa học rất hiếm khi quan sát được những vụ nổ như thế này trong vũ trụ, chúng ta đoán được rằng phản vật chất là rất hiếm và vật chất chiếm ưu thế trong vũ trụ hiện giờ.
“Với sự bắt đầu của thời gian cùng vụ nổ Big Bang, một hỗn hợp hạt và phản hạt đã được tạo ra, nhưng sau đó một sự bất cân bằng đã xảy ra,” theo lời của Karsten Heeger, một giáo viên Vật Lý tại Đại học Wisconsin – Madison. “Tất cả các nghiên cứu đã được thực hiện chư thể tìm ra điểm khác biệt giữa hạt và phản hạt để giải thích thế ưu thế của vật chất so với phản vật chất.”
Nhưng hạt neutrino, một hạt cơ bản tồn tại ở khắp nơi nhưng hầu như không có trọng lượng, có thể có những yếu tố cần thiết và cũng có thể là phản hạt của chính nó, theo lời của Heeger. “Và đó là lí do các nhà vật lý đã đặt những hi vọng cuối cùng vào neutrino để giải thích sự vắng mặt của phản vật chất trong vũ trụ.” Heeger và nhóm của bà ở Đại học Wisconsin – Madison đã chịu trách nhiệm cho phần lớn các thiết kế và phát triển của máy dò tìm anti-neutrino tại Daya Bay. Jeff Cherwinka, từ Phòng thí nghiệm Vât lý – khoa học của Đại học tại Stoughton, Wisconsin là kĩ sư chính của thí nghiệm này và đã kiểm soát sự lắp đặt và vận hành máy dò. Thí nghiệm này đã được chuẩn bị xong hè này và các dữ liệu bắt đầu được lấy từ tháng 10, sử dụng toàn bộ các máy dò tìm phản neutrino. Các lò phản ứng, theo lời của Heeger, là một nguồn phản neutrino dồi dào, và đo sự thay đổi của chúng khi chúng hoàn thành quãng đường ngắn ngủi từ lò phản ứng tới máy dò tìm, cho chúng ta dữ liệu để tính toán một đại lượng được gọi là “góc pha” – xác suất một vật chuyển thành vật khác.
Các số liệu của thí nghiệm Daya Bay được công bố vào tháng 3 năm 2012 ngay cả trước khi các máy dò cuối cùng được vận hành, đã cho thấy một góc pha khá lớn, theo lời của Heeger. “Mọi người đều tưởng rằng góc này sẽ rất nhỏ, vậy nên chúng tôi đã thiết kế một thí nghiệm nhạy hơn 10 lần so với thực tế chúng tôi cần.”
“Những nhà khoa học nghiên cứu về neutrino đã chờ rất lâu cho máy đo này, và nó sẽ được sử dụng cho các thí nghiệm tiếp theo trong thập kỉ kế tiếp và cả sau đó nữa,” Heeger nói, “và đó là lí do nó đã được tạp chí Science công nhận.”
Đúng như dự đoán, Science đã bình chọn khám phá vượt bậc nhất của năm là sự tìm ra hạt Higgs boson, một hạt hạ nguyên tử đã hoàn thành nhóm các nguyên tủ theo mô hình chuẩn của vật lý. Khám phá này cũng có sự tham gia chủ chốt của các nhà vật lý từ Đại học Wisconsin – Madison.
Quỳnh Chi (VACA)
theo Science Daily
