Các nhà vật lí làm việc với Thí nghiệm Mini Booster Neutrino (MiniBooNE) tại Fermilab ở Mĩ vừa công bố những kết quả mới mà theo họ chúng sẽ cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho sự tồn tại của một loại hạt mới gọi là neutrino vô sinh (hay neutrino trơ, tên gọi phân biệt chúng với các neutrino động của Mô hình Chuẩn). Các nhà nghiên cứu cho biết dữ liệu của họ hoàn toàn ăn khớp với một dấu hiệu trước đây về neutrino vô sinh xuất hiện hơn 20 năm trước từ Detector Chất lỏng Nhấp nháy (LSND) tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos ở New Mexico, mặc dù những nhóm nghiên cứu khác đã không lặp lại được các kết quả giống như vậy.
Neutrino vô sinh, nếu như chúng tồn tại, sẽ còn khó tóm bắt hơn các neutrino thường vốn không mang điện tích và gần như không khối lượng. Mô hình Chuẩn của vật lí hạt cho chúng ta biết rằng các neutrino gồm ba mùi – electron, muon và tau – và rằng chúng “dao động” từ mùi này sang mùi khác khi chúng chuyển động trong không gian. Nhưng một số mở rộng của Mô hình Chuẩn dự đoán rằng những neutrino đã biết này còn có thể dao động thành neutrino vô sinh và ngược lại, neutrino vô sinh có lẽ không tương tác với bất kì vật chất bình thường nào khác.
Các ống nhân quang trong bể dầu MinoBooNE (Ảnh: Reidar Hahn/Fermilab)
MiniBooNE theo dõi những lóe sáng nhỏ xíu thỉnh thoảng được tạo ra khi neutrino electron tương tác với các hạt nhân nguyên tử trong khoảng 800 tấn dầu khoáng nguyên chất chứa trong một bể hình cầu đặt dưới lòng đất ở Fermilab gần Chicago. Người ta cho bắn các proton từ máy gia tốc Booster của Fermilab vào một tấm bia berrylium để tạo ra neutrino muon, sau đó chúng dao động thành neutrino electron khi chúng đi qua vài trăm mét xuyên lòng đất đến chỗ detector.
Trong một bản thảo mới đăng tải trên máy chủ arXiv, nhóm hợp tác MiniBooNE báo cáo đã phát hiện số lượng neutrino electron nhiều hơn đáng kể so với trông đợi từ các dao động Mô hình Chuẩn thuần túy sau khi thu thập dữ liệu trong 15 năm. Theo thành viên của nhóm, William Louis ở Los Alamos, phép đo trên cho thấy một số neutrino muon dao động thành neutrino vô sinh rồi chuyển hóa thành neutrino electron. Theo William, cách hiểu như thế được củng cố bởi thực tế độ biến thiên số lượng neutrino electron vượt mức theo năng lượng neutrino – một tham số của các dao động neutrino – mà MiniBooNE nhìn thấy là ăn khớp với số liệu ghi nhận tại LSND. Nhóm của ông kết luận rằng số lượng vượt mức kết hợp lại từ hai thí nghiệm có ý nghĩa thống kê 6,1σ, cao hơn chuẩn 5σ thường được xem là chuẩn khám phá trong vật lí hạt.
Mặc dù MinoBooNE khá tương tự với LSND – ở chỗ sử dụng dầu khoáng để quan sát các neutrino đến từ một nguồn máy gia tốc – và nó thật sự được thừa hưởng từ dự án trước, nhưng các nhà nghiên cứu của MinoBooNE vẫn tự tin rằng hai thí nghiệm không có chung nguồn sai số. “Chúng tôi nghĩ điều đó rất không có khả năng,” Louis nói. “Hai thí nghiệm có năng lượng và phông nền rất khác nhau, và do đó chúng có sai số hệ thống khác nhau rất nhiều.”
Tuy nhiên, sự tồn tại của neutrino vô sinh cho đến nay vẫn còn gây tranh cãi chưa dứt. Trong khi một số nhóm điều hành các thí nghiệm khai thác neutrino đến từ các lò phản ứng hạt nhân hay các nguồn phóng xạ cũng đã thu thập được bằng chứng (có phần yếu ớt) cho những hạt giả thuyết này, thì những nhóm khác đã tìm kiếm và chẳng tìm thấy gì. Trong số này phải kể đến nhóm hợp tác IceCube điều hành một detector tại Nam Cực, và nhóm thí nghiệm MINOS mới hoàn thành tại Fermilab. Thật vậy, một số nhà vật lí không thuộc nhóm MiniBooNE phát biểu với tạp chí Physics World rằng họ vẫn chưa bị thuyết phục bởi những kết quả mới trên.
Để giải quyết vấn đề này, nhiều thí nghiệm tinh vi hơn đã và đang hoạt động hoặc đang được phát triển. Về phần mình, nhóm của Louis hiện đang bố trí ba detector khác tại Fermilab – một trong số chúng hiện nay đang chạy – để theo dõi thông lượng neutrino, một ở gần tấm bia berrylium hơn so với MiniBooNE và một ở xa hơn. Theo ông, ý tưởng là để chứng minh rõ ràng rằng sự dư thừa neutrino electron thật sự là do các dao động neutrino, biết rằng tốc độ dao động đo được sẽ biến thiên theo khoảng cách đến nguồn, đồng thời biến thiên theo năng lượng. Các kết quả sẽ xuất hiện trong vòng 3 đến 5 năm tới, theo Louis.
Nguồn: physicsworld.com
