Phát hiện 'hạt ma' thám hiểm sâu trong lòng Trái Đất và cơ thể con người

Neutrino là những hạt hạ cực nhỏ của nguyên tử, thường được gọi là 'hạt ma', có khả năng xuyên qua Trái Đất và cơ thể con người. Mỗi giây có khoảng 100 nghìn tỉ neutrino vượt qua cơ thể con người một cách an toàn.

Neutrino là những hạt hạ cực nhỏ phổ biến trong vũ trụ. Chúng có khả năng đi qua mọi thứ và hiếm khi tương tác với các vật chất khác. Vì vậy, việc phát hiện neutrino là một thách thức lớn. (hạt hạ cực nhỏ nhỏ hơn nhiều so với các nguyên tử).

Theo các nhà nghiên cứu, neutrino đóng vai trò quan trọng trong mô hình tiêu chuẩn của vật lý hạt, vật lý thiên văn và lỗ đen, thậm chí cả trong nghiên cứu vũ trụ và tự nhiên của các vụ nổ lớn trong không gian.

Các nhà khoa học tại Tổ chức Nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) ở Thụy Sĩ đã sử dụng Large Hadron Collider (LHC - Máy gia tốc hạt lớn) để thăm dò về khối lượng của neutrino.

Thử nghiệm này chỉ ra rằng neutrino tương tự như electron nhưng không mang điện và có khối lượng rất nhỏ, gần bằng 0. Đến nỗi các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng neutrino có thể không có khối lượng.

Vào năm 1955, Clyde Cowan và Frederick Reines, nhà vật lý của Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos (một trong những tổ chức nghiên cứu đa ngành lớn nhất của Mỹ), dẫn đầu một nhóm nghiên cứu và đã phát hiện neutrino lần đầu tiên.

Neutrino được sinh ra từ quá trình phân rã beta trong lò phản ứng hạt nhân tại Savannah River Site ở bang South Carolina.

Neutrino tự nhiên đầu tiên được phát hiện vào năm 1965 trong một thí nghiệm dưới lòng đất tại mỏ vàng ở phía đông Nam Phi.

Tuy nhiên, chỉ khi phát hiện được ở mỏ Homestake nổi tiếng, neutrino mới thu hút sự quan tâm lớn.

Mỏ Homestake, tại South Dakota (Mỹ), từng là mỏ vàng lớn nhất ở Mỹ. John Bahcall và Ray Davis, Jr., hai nhà vật lý, đã xây dựng một phòng thí nghiệm dưới lòng đất ở độ sâu 1.478m tại mỏ này và phát hiện neutrino đến từ lõi của Mặt trời.

Thí nghiệm phải được thực hiện ở độ sâu như vậy để loại bỏ tác động của các tia vũ trụ lên kết quả.

Tuy nhiên, kết quả tại Homestake đã gặp phải một vấn đề lớn khi số lượng neutrino ít hơn so với dự đoán - chỉ có 1/3 số lượng neutrino dự kiến từ Mặt trời.

Các thiết bị phát hiện neutrino tiếp theo, như Super Kamiokande ở Nhật Bản, cũng đã xác nhận những kết quả này.

Hai nhà vật lý Bahcall và Davis đã đoạt giải Nobel vật lý năm 2002 cho khám phá của họ.

Các thí nghiệm đã chứng minh rằng neutrino được tạo ra bên trong các lò phản ứng hạt nhân trên Trái Đất và trong các quá trình hạt nhân trong Mặt Trời.

Tuy nhiên, neutrino cũng được 'sản xuất' từ xa hơn rất nhiều. Vào tháng 2-1987, một ngôi sao đã phát nổ như một siêu tân tinh, có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Tuy nhiên, 2-3 giờ trước khi ánh sáng khả kiến của siêu tân tinh đến với chúng ta, một sự kiện phát nổ của neutrino đã được phát hiện từ ngôi sao sắp chết. Đây là lần đầu tiên neutrino được phát hiện từ một siêu tân tinh.

Kể từ đó, neutrino cũng được phát hiện từ các sự kiện xung quanh những lỗ đen siêu khối lượng đang hoạt động.

Neutrino cũng liên quan đến vũ trụ học, vì neutrino nguyên thủy được hình thành trong những giây đầu tiên sau vụ nổ lớn và rất phổ biến trong vũ trụ.

Nhìn xa hơn về tương lai, các nhà khoa học hiện đang kỳ vọng xây dựng một phòng thí nghiệm neutrino ở Thái Bình Dương. Đây sẽ là một máy phát hiện neutrino khổng lồ có độ sâu ít nhất là 3,2km.

Neutrino là một trong những bí mật sâu kín nhất của vũ trụ và hiện tại chúng ta chỉ mới bắt đầu khám phá một số điều bí ẩn của chúng.