2 giải Nobel, 50 năm đi tìm hạt ma bí ẩn và tương lai của vật lý học hiện đại
ndminhduc
5 nămBình luận: 81
2 giải Nobel, 50 năm đi tìm hạt ma bí ẩn và tương lai của vật lý học hiện đại
Giải Nobel vật lý 2015 đã được trao cho 2 nhà khoa học Nhật Bản và Canada nhờ chứng minh được hạt sơ cấp neutrino phải có khối lượng - một kết luận trái ngược với những gì mà người ta công nhận từ trước tới nay. Đây là phát hiện cực kỳ quan trọng, giúp mở rộng hiểu biết người về vật chất, vũ trụ và thay đổi diện mạo của vật lý hiện đại. Vậy thực hư mọi chuyện như thế nào? Đầu tiên mời tham khảo qua Mô hình chuẩn là gì?

Mô hình chuẩn là gì?


mo_hinh_chuan_tinhte.jpg
Mô hình chuẩn trong vật lý hiện đại là thuyết miêu tả về tương tác mạnh, tương tác yếu, lực điện từ của những hạt cơ bản tạo nên vật chất. Đây là một phần của thuyết trường lượng tử, là sự kết kết hợp giữa cơ học lượng tử và thuyết tương đối hẹp. Mô hình chuẩn được phát triển vào đầu những năm 1970 và từ đó tới nay, nhiều thí nghiệm kiểm chứng đã được thực hiện và xác nhận những dự đoán của nó là đúng.

Nhưng vẫn còn nhiều dự đoán khác chưa được chứng minh, rất nhiều câu hỏi bí ẩn chưa có lời giải đáp trong mô hình chuẩn. Điển hình như vật chất tối chiếm 80% khối lượng vũ trụ, năng lượng tối gây ra sự tăng tốc giãn nở của vũ trụ, làm thế nào vật chất tồn tại sao Big Bang, vai trò của lực hấp dẫn trong mô hình chuẩn là gì?,…. Trước đây, người ta hy vọng hạt Higg sẽ giải thích được các câu hỏi đó nhưng dường như vẫn còn một số hạn chế phải đối mặt. Bấy giờ, người ta tìm tới một giải pháp khác: hạt Neutrino.

Hạt ma, hạt bí ẩn, hạt phản xã hội!,… là những biệt danh của hạt neutrino


hat_neutrinos_tinhte_6.jpg
Neutrino là hạt sơ cấp thuộc nhóm các hạt lepton (xem thêm mô hình chuẩn), có thuộc tính bền, không mang điện và trước giờ được cho là có khối lượng nghỉ bằng 0 hoặc rất nhỏ. Nó bao gồm 3 loại là neutrino electron, neutrino muon và neutrino tau. Năm 1959, nhà thơ John Updike đã viết một đoạn thơ hóm hỉnh cho thấy hiểu biết của các nhà khoa học về Neutrino:
Tuy nhiên, với giải Nobel mới đây thì 1 trong 3 mệnh đề nói trên đã được chứng minh là sai. Nhưng cụ thể hơn thì tại sao các nhà khoa học lại quan tâm về neutrino? Do neutrino không tương tác nhiều như những hạt khác nên các neutrino từ Mặt Trời tạo ra có thể đi tới nhiều nơi hơn trong vũ trụ, tiếp cận tới nhiều ngôi sao hơn và nếu nắm bắt được nó, các nhà thiên văn học có thêm điều kiện nghiên cứu sâu, xa hơn về vũ trụ.

Đồng thời, neutrino còn có thể cung cấp manh mối về bản chất của vật chất tối và năng lượng tối - 2 thách thức lớn nhất mà ngành vật lý phải đối mặt trong thế kỷ 21. Thậm chí người ta vẫn gọi neutrino là hạt ma, hạt bí ẩn và hạt phản xã hội do nó quá khó để nắm bắt, quá khó để nghiên cứu. Phần lớn các hiểu biết về hạt neutrino đều nằm bên ngoài mô hình chuẩn.

Dù vậy, hạt Neutrino vẫn là nguồn gốc của câu đố khó chịu nhất trong vật lý gần 50 năm qua. Vấn đề ở đây là Mặt Trời sản sinh ra hàng nghìn tỷ hạt neutrino mỗi ngày nhưng các thử nghiệm bằng máy dò dưới Trái Đất lại phát hiện ra ít hơn rất nhiều so với dự tính của các nhà khoa học. Và giải quyết điều này, được trao giải Nobel! Tuy nhiên, ở phần sau chúng ta hãy nhìn lại một tý lịch sử, xem ai đã phát hiện ra hạt ma neutrino?

Ai đã phát hiện ra hạt ma?


hat_neutrinos_tinhte_1.jpg
Nhà vật lý người Áo Wolfgang Ernst Pauli (1900-1958) là người đầu tiên đưa ra sự tồn tại của một loại hạt ma, không thể nhìn thấy được vào năm 1930, khi đang giải thích sự bảo toàn năng lượng trong một dạng phân rã phóng xạ (phân rã beta) trong hạt nhân nguyên tử. Ông nhận thấy rằng dường như năng lượng bị mất đi trong các thử nghiệm ban đầu.

Ông cho rằng điều này là không thể và ông đã đúng! Trong một bức thư gởi tới các đồng nghiệp với tựa đề "Dear Radioactive Ladies and Gentlemen”, ông cho rằng thủ phạm là những hạt rất nhẹ đã lấy đi một phần năng lượng. Sau này, nhà vật lý khác người Ý Enrico Fermi (1901-1954) đã đặt tên cho những hạt rất nhẹ đó là “neutrino”. Lúc đó, Pauli nghĩ rằng hạt này sẽ không bao giờ được phát hiện, ông tuyên bố rằng ông chỉ sẽ đi tìm trong tuyệt vọng một giả thuyết khả dĩ có thể giải thích được cho vấn đề phân rã beta.

Và “sự tìm kiểm trong tuyệt vọng đó” phải kéo dài tới 25 năm sau, khi mà và năm 1956, 2 nhà vật lý là Mỹ Clyde Cowan (1919-1974) và Frederick Reines (1918-1998) đã quan sát được một neutrino đầu tiên nhờ vào sự phát triển của các nhà máy điện hạt nhân, có thể tạo ra các phản ứng tổng hợp cần thiết để sinh ra neutrino. Họ gởi một bức điện cho Pauli về khám phá của họ, sau đó nhận được hồi âm rằng “Tất cả mọi thứ đã đến với tôi - người biết chờ đợi như thế nào”.

Phải làm sao mới quan sảt được neutrino - “Bạn cần phải đi sâu 1 km xuống lòng đất để được nhìn thấy Mặt Trời!"


hat_neutrinos_tinhte_5.jpg
Tuy nhiên, còn phải mất thêm 10 năm nữa thì người ta mới quan sát được neutrino từ Mặt Trời. Tại sao lâu vậy? Khó khăn nằm ở chỗ là neutrino chỉ tương tác với các hạt khác thông tuqa lực tương tác yếu, có nghĩa là neutrino phải tiến gấn tới các hạt khác, tới gần như sắp chạm tới nhân của chúng vậy. Khi đó, lực tương tác yếu sẽ xuất hiện và cũng do đó nên cực kỳ khó phát hiện neutrino.

Đó là lý do tại sao các nhà vật lý phải xây dựng những thiết bị quan sát neutrino ở dưới lòng đất, nhằm tránh sự can thiệp của những tia vũ trụ xuyên qua khí quyển của Trái Đất. GIáo sư Laureate McDonald, người vừa nhận được Nobel Vật lý mới đây đã hóm hỉnh nói rằng: “Thật mỉa mai nhưng thật sự, bạn cần phải đi sâu 1km xuống lòng đất để quan sát Mặt Trời!”

Đồng thời, người ta cũng phải chôn nhiều bể chứa chất lỏng khổng lồ bên dưới lòng đất nhằm tăng cường khả năng các neutrino từ Mặt Trời đi xuống Trái Đất sẽ tương tác với 1 nguyên tử trong chất lỏng. Khi đó, một quá trình phân rã sẽ xảy ra, 1 electron sẽ được giải phóng và chính cái này mới được phát hiện dễ dàng. Đó, thế mới thấy được sự dũng cảm của các nhà khoa học, họ đã đi tìm chính xác 1 hạt cát trong sa mạc Sahara.

Từ những hạt neutrino từ Mặt Trời bị mất tích tới việc lần đầu tiên quan sát được neutrino từ Mặt Trời

hat_neutrinos_tinhte_2.jpg
Nhà vật lý Ray Davis đang tắm mình trong phòng thí nghiệm dưới lòng đất

Nhà vật lý Ray Davis Jr là người đầu tiên xây dựng hệ thống quan sát neutrino dưới lòng đất vào năm 1967 tại một khu mỏ bỏ hoang có tên là Homestake thuộc South Dakota. Ông đổ đầy một hồ chứa 600 tấn tetrachloroethene (PCE, một loại dung môi clo thường được dùng để giặt khô) và chờ tới khi có một neutrino nào đó vô tình va chạm với một nguyên tử clo, sau đó thay đổi nó thành một nguyên tử argon.

May mắn thay, hệ thống đã hoạt động, Davis trở thành người đầu tiên phát hiện ra neutrino từ Mặt trời và mang về cho ông 1 giải Nobel (trao năm 2002 cùng với Masatoshi Koshiba và Riccardo Giacconi). Tuy nhiên, vấn đề ở đây là hệ thống tại Homestake được tính toán để bắt được 1 neutrino mỗi ngày, trong khi Davis chỉ thu được 3 ngày/lần. Vậy 2 neutrino còn lại đâu?

Không có ai biết được cho tới tận năm 1962, người ta phát hiện ra dạng thứ 2 của neutrino là muon neutrino. Sau đó tới năm 2000, khi mà người ta phát hiện ra dạng thứ 3 của neutrino là tau neutrino (dự đoán từ năm 1975) thì gia đình neutrino mới được biết tới đầy đủ và cũng từ đó, chìa khóa để giải quyết những hạt neutrino bị mất tích đã có. Điều gì xảy ra nếu các hạt neutrino thay đổi hương vị của nó?

Ơ, hương thơm gì ở đây? Mod có viết sai không? Hay là mod dịch sai? Không! Mời đọc thêm bên dưới để biết hương có liên quan gì ở đây?

Các nhạc công mới của vũ trụ!

hat_neutrinos_tinhte_3.jpg
Super-Kamiokande là phòng thí nghiệm neutrimo nằm bên dưới lòng một mỏ kẽm cũ được dẫn đầu bởi giáo sư Kajita. Hồi năm 1998 tại đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra dấu hiệu sự trao đổi hương (sự dao động) của các neutrinos. Nhưng phát hiện của họ không thể xác định chính xác quá trình chuyển đổi trực tiếp đó.

Nhưng tại phòng thí nghiệm Sudbury (SNO) nằm sâu 2100 mét dưới lòng đất tại Canada, giáo sư McDonald đã dần đầu nhóm nghiên cứu và làm được điều đó. Mặt Trời chỉ sản sinh ra 1 dạng neutrino là electron neutrino (hoặc neutrino Mặt Trời). SNO được thiết kế để truy tìm các hương khác của neutrino như tau hoặc muon bằng cách những bể khổng lồ chứa nước nặng và muối.

Bằng SNO, các nhà khoa học hy vọng sẽ kiểm chứng được giả thuyết về số lượng neutrio, lý giải được 2 neutrino bị mất tích một cách bí ẩn trước đây. Và họ cho rằng có điều gì đó đã xảy đến khi các neutrino Mặt Trời đi xuống tới Trái Đất. Vào năm 2002, nhóm tuyên bố rằng họ đã tìm được các neutrino bị mất. Hóa ra các neutrino Mặt Trời không bị mất đi, mà nó đã đổi hương nên thoát được sự truy quét của máy dò trong gần 50 năm qua.
Khúc ca vật lý học hiện đại sẽ được viết lên từ các neutrino

Đấy, giải Nobel lần này được trao cho những người đã chứng minh được neutrino có thể đổi hương, có khối lượng. Từ đó, người ta sẽ đưa ra thêm giả thuyết để giải thích làm thế nào nó có khối lượng. Nếu các hạt cơ bản có liên quan tới nguồn gốc khối lượng của neutrino, thì một trong số chúng sẽ liên quan tới vật chất tối, một vật chất bí ẩn chiếm phần lớn trong vũ trụ. Nghiên cứu vẫn còn sẽ tiếp diễn và các khám phá thú vị vẫn còn tiếp tục được hé mở trong tương lai.

Giáo sư Carlo Rubbia, người từng được trao giải Nobel Vật lý năm 1984 cho biết: “Chúng tôi hy vọng quá trình này sẽ diễn ra nhanh chóng. Đây là một lĩnh vực có rất nhiều khám phá mới, nhưng chúng ta không biết được nó sẽ đên từ đâu, đến như thế nào. Tất cả những thứ phải làm bây giờ là can đảm đi tìm thứ sắp được phát hiện ra."

Tham khảo NS, Wiki, SNO, Sciencealert, TP
cv_hat_neutrinos_tinhte_4.jpg
nguyen.phi66
ĐẠI BÀNG
5 năm
đọc hết nhưng chưa hiểu quá 20%
@nguyen.phi66 Kiến thức của bao nhiêu nhà Vật lý học trong hàng thế kỷ, bạn hiểu được 20% là good rồi, mềnh vẫn còn đang bơi.
TheWingAg
ĐẠI BÀNG
5 năm
thực sự mà nói thì rất đâu đầu và khó hiểu! @@!
vunampro92
ĐẠI BÀNG
5 năm
nói chung là không hiểu lắm. chỉ biết là hình như sẽ thay đổi khái niệm vật chất tối ở vũ trụ đi nhiều ;)
Người dịch bài này rất hay, cám ơn nhiều 😃
nghe hay đó 😆
Cám ơn các nhà khoa học đã dành cả cuộc đời để nghiên cứu vì tương lai chúng ta.....chỉ tiếc là đọc xong (dù đọc rất chậm) tôi vẫn chỉ hiểu 20%
@A.R.R.O.W thì bạn mà hiểu được dễ thế thì là một nhà khoa học rồi. hhe.
căn bản là nhức đầu và chóng mặt khi đọc mấy cái này. hi vọng mấy ông vật lý nghiên cứu thành công năng lượng vĩnh cữu từ các hạt trong vũ trụ để phục vụ cho thế giới trong 10 năm tới chứ đừng có nhai đi nhai lại cái câu "chúng tôi vẫn đang nghiên cứu" là được
huyanh995
TÍCH CỰC
5 năm
@stupid.int Thứ nhất là làm gì có cái là năng lượng vĩnh cửu.
Thứ hai là nghiên cứu gần như không có giới hạn, tiếp tục tìm tòi sẽ ra cái mới ẩn sâu và nghiên cứu tiếp. Đôi khi những thành tựu thu được sẽ không được công bố và áp dụng vì nó quá nguy hiểm. Và để từ thành tựu đến áp dụng đại trà, sản xuất rộng rãi lại là một cái khác xa xôi.
Cuối cùng là bạn nên tôn trọng những nhà nghiên cứu vì nếu không có họ thì đến bây giờ có khi cũng k có cái điện thoại di động cho bạn dùng đâu 😃.
probalt
TÍCH CỰC
5 năm
Vĩ đại quá. Mới đọc chút mà đau đầu rồi 😕
Bài viết rất rõ ràng và dí dỏm, cám ơn tác giả.
tuandhy
ĐẠI BÀNG
5 năm
cứ search lại định nghĩa về vật chất của Lê Nin rồi ngẫm. Vật chất dù có nhỏ bé đến vô hình hễ tương tác hoặc để lại dấu vết sẽ được tìm ra. Hạt neutrino gần như ko tương tác hay chính xác tương tác trong điều kiện rất ngặt ngèo nên nghiên cứu về nó là vô cùng khó.
Thực sự là em ko hiểu được chút nào luôn, hôi thua, đi uống bia
Ngành vật lý lượng tử này ở việt nam ko phát triển lắm nhỉ. SGK bao năm vẫn chỉ nguyên tử gồm hạt nhân nguyên tử và các điện tử mà không thấy nói về các thuyết mới.
@vietcool094 SGK lớp 12 nhồi nhiêu đó là được rồi, bạn tưởng chương trình của Mỹ nó hơn vn à.
@vietcool094 Cho thêm thì bọn trẻ tẩu cmn nhập ma mất😔

P/s: Hình như còn 1 cái nữa là lý thuyết dây thì phải, giúp thống nhất về cấu tạo các hạt
@vietcool094 Các nước khác cũng thế thôi. SGK không thể theo kịp sự phát triển của khoa học được.
cesc84
TÍCH CỰC
5 năm
Đọc mà hoa cả mắt nhức cả đầu @@
vậy là đề thi đại học sắp đổi đáp án :v
hsta94
ĐẠI BÀNG
5 năm
hồi năm 2011 neutrino được cho là nhanh hơn ánh sáng
HPSS
TÍCH CỰC
5 năm
Chả tồn tại cái thứ gì = 0 trừ con số đó.
dungleo
ĐẠI BÀNG
5 năm
:v đúng là vật lí và toán học, 2 cái rất thích tìm hiểu nhưng càng đọc lại càng ko hiểu, haizzzz
Bài rất khá chuyên sâu. Mod này có nhiều bài dịch hay. K biết bác mod này học khoa học nc ngoài về hay sao ấy nhỉ
cuong.pm
TÍCH CỰC
5 năm
Ông nào đọc hiểu đc nên cấp nobel việt nam cho ô ý ngay...chả biết tác giả có hiểu đc ko hay chỉ dịch mà thôi..
MR_VIP_VDR
ĐẠI BÀNG
5 năm
@cuong.pm Có j mà nobel. Những khái niệm đầu bài đã dc học trong moin vật lý 12. Còn những phần sau, nếu bạn yêu thích vật lý lượng tử thì ko có j mà khó hiểu cả. Vs cả bạn đừng nghĩ ai cũng như bạn. Đừng có nói cái câu "chả biết tác giả có hiểu dc hay ko hay chỉ dịch mà thôi" nhé, vớ vẩn
MindConfess
ĐẠI BÀNG
5 năm
@MR_VIP_VDR Chuẩn, không nói không ai bảo mình không biết, phán câu thấy lòi dốt ra.
Mấy bài này viết ra là để cho người bình thường-thích tìm hiểu đọc chứ còn chưa chạm vào chuyên môn của dân nghiên cứu chứ đừng nói gì lôi những nhà khoa học vĩ đại đoạt giải Nobel ra đây =.=
Cá nhân
Bạn
Hi bạn!
Điểm Reward Store: 
Tuổi Tinh tế: 
Cấp độ thành viên Tinh Tế


Tải app Tinh tế

Tải app Tinhte - Theo dõi thông tin mà bạn yêu thích

Tải app TinhteTải app Tinhte
Tải app Tinh tế cho Android trên Google PlayTải app Tinh tế cho iPhone, iPad trên App Store



Cộng đồng nổi bật




  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2020 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: 209 Đường Nam Kỳ Khởi Nghĩa, Phường 7, Quận 3, TP.HCM
  • Số điện thoại: 02862713156
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019