Neutrino có lẽ là những hạt bị đánh giá thấp nhất đối với loài người. Nhà vật lý, anh chàng thông minh và người thông minh Wolfgang Pauli lần đầu tiên đề xuất sự tồn tại của họ vào năm 1930 như một mảnh ghép còn thiếu - một số phản ứng hạt nhân đã xảy ra nhiều hơn so với khi chúng xuất hiện. Pauli lập luận rằng một cái gì đó nhỏ bé và vô hình phải được tham gia - do đó, neutrino, loại tiếng Ý cho "một người trung lập nhỏ".
Trong những thập kỷ kể từ lời đề nghị ban đầu đó, chúng tôi đã biết và yêu - nhưng không hoàn toàn hiểu - những người trung lập nhỏ bé đó. Chúng có một chút khối lượng, nhưng chúng tôi không chắc là bao nhiêu. Và họ có thể biến hình từ một loại neutrino (được gọi là "hương vị", tại sao không?) Sang loại khác, nhưng chúng tôi không chắc chắn làm thế nào.
Bất cứ khi nào các nhà vật lý không hiểu điều gì đó, họ thực sự phấn khích, bởi vì, theo định nghĩa, câu trả lời cho câu đố phải nằm ngoài vật lý đã biết. Vì vậy, bí ẩn về khối lượng neutrino và sự pha trộn có thể cho chúng ta manh mối về những bí ẩn như những khoảnh khắc đầu tiên của Vụ nổ lớn.
Một vấn đề nhỏ: sự nhỏ bé. Neutrino rất nhỏ và hầu như không bao giờ nói chuyện với vật chất bình thường. Hàng nghìn tỷ đồng đang đi qua cơ thể bạn ngay bây giờ. Bạn có để ý đến họ không? Không, bạn không. Để thực sự đào sâu vào các thuộc tính neutrino, chúng ta phải tiến hành lớn và ba thí nghiệm neutrino mới sẽ sớm được đưa lên mạng để giúp chúng ta xử lý mọi việc. Chúng tôi hy vọng.
Hãy cùng khám phá:
DUNE
Bạn có thể đã nghe thấy sự phấn khích về một phiên bản làm lại của tiểu thuyết khoa học viễn tưởng kinh điển "Dune". Đây không phải là nó. Thay vào đó, DUNE này là viết tắt của "Thí nghiệm neutrino sâu dưới lòng đất", bao gồm hai phần. Phần một sẽ có mặt tại Fermilab, Illinois, và sẽ bao gồm một khẩu súng neutrino khổng lồ kiểu thiên tài sẽ tăng tốc các proton đến gần tốc độ ánh sáng, đập chúng vào mọi thứ và bắn hàng nghìn tỷ neutrino mỗi giây ra khỏi kết thúc kinh doanh.
Từ đó, các neutrino sẽ đi theo một đường thẳng (vì đó là tất cả họ biết làm thế nào để làm) cho đến khi họ đạt một phần hai, khoảng 800 dặm (1.300 km) tại Cơ sở nghiên cứu ngầm Sanford ở South Dakota. Tại sao dưới lòng đất? Do neutrino di chuyển theo một đường thẳng (một lần nữa, không có sự lựa chọn nào) nhưng Trái đất bị cong, do đó máy dò phải ngồi khoảng một dặm (1,6 km) dưới bề mặt. Và máy dò đó là khoảng 40.000 tấn (36.000 tấn) argon lỏng.
Hyper-Kamiokande
Tiền thân của Hyper-Kamiokande ("Hyper-K" nếu bạn muốn trở nên ngầu trong các bữa tiệc vật lý) là Super-Kamiokande ("Super-K" có cùng lý do), nằm gần Hida , Nhật Bản. Đây là một thiết lập khá đơn giản cho cả hai thiết bị: một bể nước siêu tinh khiết khổng lồ được bao quanh bởi các ống nhân quang, giúp khuếch đại tín hiệu ánh sáng rất mờ.
Cứ sau một lần cực kỳ hiếm, neutrino lại va vào một phân tử nước, khiến một electron hoặc positron (đối tác phản vật chất của electron) bay nhanh hơn tốc độ ánh sáng trong nước. Điều này gây ra một tia sáng màu xanh lam gọi là bức xạ Cherenkov và ánh sáng đó được thu nhận bởi các ống nhân quang. Nghiên cứu đèn flash, hiểu neutrino.
Super-K đã tạo ra siêu lịch sử vào năm 1998 khi nó cung cấp bằng chứng vững chắc đầu tiên rằng neutrino thay đổi hương vị khi chúng bay, dựa trên các quan sát về neutrino được tạo ra ở độ sâu vô tận của lõi mặt trời. Phát hiện này đã mang lại cho nhà vật lý Takaaki Kajita một giải thưởng Nobel và Super-K một cái vỗ nhẹ trìu mến vào ống nhân quang.
Hyper-K giống như Super-K nhưng lớn hơn. Với dung tích 264 triệu gallon (1 tỷ lít) nước, nó có khối lượng thu thập gấp 20 lần Super-K, điều đó có nghĩa là nó có khả năng thu thập gấp 20 lần số lượng neutrino trong cùng thời gian Super-K có thể. Hyper-K sẽ tìm kiếm neutrino được tạo ra bởi các phản ứng tự nhiên, hữu cơ, như phản ứng tổng hợp và siêu tân tinh, trên khắp vũ trụ, bắt đầu từ khoảng năm 2025. Ai biết? Nó cũng có thể nhận được giải thưởng Nobel.
PINGU
Tôi không chắc chắn tại sao các nhà vật lý chọn các từ viết tắt họ làm cho các thí nghiệm khoa học khổng lồ. Trong trường hợp này, Pingu là tên của một chú chim cánh cụt hoạt hình châu Âu có nhiều sai lầm khác nhau và học được những bài học quan trọng trong cuộc sống ở lục địa phía nam. Nó cũng là viết tắt của "Chính xác nâng cấp thế hệ tiếp theo IceCube" (PINGU).
Phần IceCube của từ viết tắt đó đề cập đến thí nghiệm neutrino lớn nhất, tồi tệ nhất trên thế giới. Có trụ sở tại Nam Cực, thí nghiệm bao gồm các chuỗi máy dò chìm sâu vào dải băng cực sẽ sử dụng độ trong suốt của băng đó để làm điều tương tự mà Super- và Hyper-K thực hiện ở Nhật Bản: phát hiện bức xạ Cherenkov được sản xuất bởi neutrino zing qua băng. Thí nghiệm chỉ thực sự bắt đầu vài năm trước, nhưng các nhà khoa học chạy nó đang ngứa để nâng cấp.
Đây là lý do tại sao. IceCube có thể lớn, nhưng điều đó không có nghĩa là nó tốt nhất trong tất cả mọi thứ. Nó có một điểm mù: Vì kích thước khổng lồ của nó (toàn bộ một km khối băng), nó có một thời gian khó nhìn thấy neutrino năng lượng thấp; họ chỉ đơn giản là không tạo ra đủ pop và fizzle để được phát hiện bởi các máy dò của IceCube.
Nhập PINGU: một loạt các máy dò bổ sung, được sắp xếp gần trung tâm IceCube, được thiết kế đặc biệt để bắt các neutrino năng lượng thấp hơn tấn công Trái đất.
Khi nó (hy vọng) xuất hiện trực tuyến, PINGU sẽ gia nhập đội quân của các công cụ và máy dò tìm trên khắp thế giới đang cố gắng bắt càng nhiều những điều gần như ma quái nhất có thể và mở khóa bí mật của họ.
