Neutrino không qua mặt ánh sáng mà bị ‘biến hình’

Thế là câu chuyện về những neutrino nhanh hơn ánh sáng đã đến hồi kết. Tại hội nghị Neutrino 2012 tổ chức ở Kyoto, Nhật Bản, nhóm hợp tác OPERA đã công bố rằng theo những phép đo mới nhất của họ, các neutrino chuyển động ở tốc độ hầu như đúng bằng tốc độ ánh sáng.

“Mặc dù kết quả này không hấp dẫn như một số người trông đợi, nhưng nó là cái khiến tất cả chúng ta thở phào nhẹ nhõm,” phát biểu của giám đốc nghiên cứu CERN Sergio Bertolucci.

Bố trí lại từ đám tro tàn, OPERA hiện đang quay lại với nhiệm vụ đích thực của nó: tìm kiếm neutrino tau. Trong tuần này đội nghiên cứu cũng công bố rằng họ đã tìm thấy thí dụ thứ hai từ trước đến nay của một neutrino muon biến hình thành một neutrino tau, làm củng cố thêm giả thuyết các neutrino có khối lượng.

Khép lại câu chuyện nhanh hơn ánh sáng (Ảnh: Volker Steger/ Science Photo Library)

Gần bằng tốc độ ánh sáng

Nhóm hợp tác OPERA đã làm chấn động thế giới hồi tháng 9 năm 2011 khi họ công bố rằng các neutrino thoát ra từ CERN ở Thụy Sĩ đi tới các máy dò bên dưới dãy núi Gran Sasso ở Italy đang qua mặt tốc độ ánh sáng, một kết quả vi phạm các quy tắc tương đối Einstein và mở cửa bước sang nền vật lí mới kì lạ. Nhưng trong vài tháng sau đó, hai sai sót – một sợi cáp quang rò rỉ và một đồng hồ chạy không đúng – đã xuất hiện, làm các neutrino chậm chân lại, làm tan biến những giấc mơ hậu Einstein và gây sóng gió trong nội bộ nhóm OPERA.

Phép đo ấy không phải là sự lãng phí thời gian, thành viên đội OPERA Dario Autiero cho biết. Kết quả mới, sơ bộ cho thấy tốc độ của các neutrino nằm trong biên 0,5 nano giây của tốc độ ánh sáng, với sai số 8 nano giây. Sai số đó giảm đi khi phân tích thêm, kĩ lưỡng hơn, theo phát biểu của đồng phát ngôn viên OPERA, Giovanni De Lellis thuộc Viện Vật lí Hạt nhân Quốc gia Italy (INFN).

“Đây là lần đầu tiên vận tốc neutrino được đo với độ chính xác như thế,” Autiero nói.

Nhưng toàn bộ câu chuyện đó là cái nằm bên lề mục tiêu thật sự của thí nghiệm trên: tìm kiếm sự biến hình, hay sự dao động, của các neutrino. Neutrino có ba mùi: electron, muon và tau. Một số thí nghiệm đã nhìn thấy bằng chứng cho những neutrino biến đổi tự phát, hay dao động, từ mùi này sang mùi kia. Trước sự bất ngờ của các nhà vật lí, những dao động đó chứng minh rằng những hạt được cho là không có khối lượng này phải có một khối lượng hết sức nhỏ nào đó, và mang lại một hướng lí giải tại sao có nhiều vật chất hơn phản vật chất trong vũ trụ.

Dao động dữ dội

Trước OPERA, toàn bộ bằng chứng cho các dao động neutrino có từ những sự biến mất: các máy dò sẽ thu về kết quả thiếu đi một loại neutrino nhất định so với lúc chúng bắt đầu hoạt động, cho thấy một số hạt đã biến hình thành những mùi khác. Sau đó vào năm 2010, OPERA tìm thấy neutrino tau đầu tiên trong một chùm gồm hàng tỉ neutrino muon đi từ CERN đến các máy dò ở Gran Sasso. Khám phá trên là một tiếng vang lớn vào lúc ấy, nhưng đội OPERA cho biết họ cần có nhiều neutrino tau hơn mới đảm bảo kết quả có ý nghĩa thống kê.

Nay một neutrino tau thứ hai đã hiện diện trong các máy dò, theo báo cáo của họ.

“Kết quả này cho thấy nhóm hợp tác đã trở lại hẳn với mục tiêu ban đầu của mình là khám phá các dao động neutrino ở mode hiện thân,” De Lellis nói.

OPERA sẽ cần ít nhất sáu neutrino tau để khẳng định dứt khoát họ đã nhìn thấy hiệu ứng dao động ấy, cho nên họ chưa chịu dừng lại ở đó. Và khi tiếp tục tìm kiếm, họ có thể thấy rằng họ đã nhận được một món hời lớn: trong một thí nghiệm khác, đội khoa học tại máy dò T2K ở Nhật Bản đã công bố trong tuần này rằng họ đã nhìn thấy 10 neutrino muon biến đổi thành các neutrino electron.

123physics – thuvienvatly.com
Nguồn: New Scientist