Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Dữ liệu mới đã càng củng cố thêm sự hỗ trợ đằng sau lý thuyết rằng neutrino là lý do vũ trụ bị chi phối bởi vật chất.
Dữ liệu mới đã càng củng cố thêm sự hỗ trợ đằng sau lý thuyết rằng neutrino là lý do vũ trụ bị chi phối bởi vật chất.
Các định luật vật lý hiện tại không giải thích được tại sao vật chất vẫn tồn tại trên phản vật chất – tại sao vũ trụ được tạo thành từ ‘vật chất’. Các nhà khoa học tin rằng một lượng vật chất và phản vật chất tương đương đã được tạo ra từ thời kỳ đầu vũ trụ, nhưng điều này có nghĩa là chúng sẽ đối lập chính xác về tính chất và hành vi của chúng, khiến chúng tự hủy diệt lẫn nhau khi tiếp xúc.
Thay vào đó, các nhà vật lý cho rằng phải có sự khác biệt trong cách hoạt động của vật chất và phản vật chất giải thích tại sao vật chất vẫn tồn tại và hiện đang thống trị vũ trụ. Mỗi hạt vật chất có một phản vật chất tương đương và với Neutrino cũng vậy, một phản vật chất tương đương của Neutrino gọi là Antineutrino (phản Neutrino) .
Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế tạo nên Hợp tác T2K bao gồm các nhà khoa học của Đại học Hoàng gia Luân Đôn đã tìm thấy bằng chứng mạnh mẽ nhất cho thấy Neutrino và Antineutrino có nguyên lý hoạt động khác nhau và do đó có thể chúng đã không tiêu diệt nhau.
Tiến sĩ Patrick Dunne từ Khoa Vật lý tại Imperial cho biết: “Kết quả này đưa chúng ta đến gần hơn bao giờ hết để trả lời câu hỏi cơ bản về lý do tại sao vật chất trong vũ trụ của chúng ta tồn tại. Nếu được xác nhận – hiện tại chúng tôi đã chắc chắn đến 95% – nó sẽ có ý nghĩa sâu sắc đối với vật lý và sẽ chỉ đường cho sự hiểu biết tốt hơn về cách thức vũ trụ của chúng ta phát triển. “
Trước đây, các nhà khoa học đã tìm thấy một số khác biệt về hành vi giữa các phiên bản vật chất và phản vật chất của các hạt hạ nguyên tử được gọi là quark, nhưng sự khác biệt quan sát được cho đến nay dường như không đủ lớn để giải thích cho sự thống trị của vật chất trong vũ trụ.
Tuy nhiên, kết quả mới của T2K chỉ ra rằng sự khác biệt trong hành vi của Neutrino và phản Neutrino dường như là khá lớn. Neutrino là các hạt cơ bản nhưng không tương tác với vật chất bình thường rất mạnh, mỗi sao sẽ cho khoảng 50 nghìn tỷ neutrino từ Mặt trời đi qua cơ thể chúng ta mỗi giây.
Neutrino và Antineutrino có thể có ba “hương vị”, được gọi là muon, electron và tau. Khi chúng di chuyển, chúng có thể ‘dao động’ – thay đổi thành một “hương vị” khác. Việc các Neutrino muon dao động thành Neutrino electron lần đầu tiên được phát hiện bởi thí nghiệm T2K vào năm 2013.
Để có được kết quả mới, nhóm nghiên cứu đã bắn chùm Neutrino muon và Antineutrino từ cơ sở J-PARC tại Tokai, Nhật Bản và phát hiện có bao nhiêu Neutrino electron cũng như Antineutrino đã đến máy dò Super-Kamiokande cách đó 29 km.
Họ tìm kiếm sự khác biệt trong cách Neutrino hoặc Antineutrino thay đổi “hương vị”, tìm thấy Neutrino dường như có nhiều khả năng thay đổi hơn so với Antineutrino.
Các dữ liệu có sẵn cũng giảm mạnh khả năng Neutrino và Antineutrino có khả năng thay đổi “hương vị” lẫn nhau. Kết quả của các nhà khoa học cho thấy chắc chắn hơn 95% vật chất Neutrino và phản Neutrino hoạt động khác nhau. Đây là một tin tức lớn, tuy nhiên họ đã biết về các hạt khác có sự khác biệt về phản vật chất quá nhỏ để giải thích vũ trụ thống trị vật chất của chúng ta.
Do đó, việc đo kích thước của sự khác biệt là điều quan trọng để xác định liệu Neutrino có thể trả lời câu hỏi cơ bản này hay không. Kết quả của nhóm nghiên cứu ngày nay cho thấy không giống như các hạt khác, kết quả của Neutrino tương thích với nhiều lý thuyết giải thích nguồn gốc của sự thống trị vũ trụ từ các vật chất vũ trụ này.
Mặc dù kết quả là bằng chứng mạnh mẽ nhất cho thấy Neutrino và Antineutrino hoạt động khác nhau nhưng cộng tác T2K vẫn đang tiếp tục làm việc để loại trừ bất kỳ sự không chắc chắn nào và thu thập thêm dữ liệu bằng cách nâng cấp các máy dò và chùm tia, bao gồm cả máy dò Hyper-Kamiokande mới để thay thế Super-Kamiokande. Một thử nghiệm mới được gọi là DUNE cũng đang được xây dựng ở Mỹ. Imperial có liên quan đến cả hai.
Các nhà nghiên cứu của Imperial đã tham gia vào Hợp tác T2K từ năm 2004, bắt đầu với các thiết kế khái niệm trên bảng trắng và nghiên cứu, phát triển các thành phần máy dò hạt mới là chìa khóa để xây dựng thí nghiệm này rồi cuối cùng đã hoàn thành và công bố vào năm 2010.
Để có kết quả mới nhất, nhóm nghiên cứu đã đóng góp vào phân tích thống kê kết quả và đảm bảo tín hiệu họ quan sát là có thật cũng như bao gồm các tác động của cách neutrino tương tác với vật chất, một trong những điều không chắc chắn lớn nhất đi vào phân tích.
Giáo sư Yoshi Uchida nói: “Khi chúng tôi bắt đầu, chúng tôi biết rằng việc nhìn thấy các dấu hiệu khác biệt giữa Neutrino và phản Neutrino theo cách này là điều có thể mất hàng thập kỷ, nếu chúng có thể được nhìn thấy, vì vậy nó gần như là một giấc mơ kết quả sẽ được công bố trên trang bìa của Nature trong tuần này. “
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Imperial College London . Bản gốc được viết bởi Hayley Dunning. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :