Nếu như là một người yêu thích khoa học, chắc hẳn bạn cũng biết rằng ngành vật lý thế giới đang thực sự bị rúng động bởi một thông tin gây sốc: hạt Neutrino có thể nhanh hơn ánh sáng và Einstein đã sai.
Cái quái gì đang xảy ra vậy?
Các rắc rối bắt đầu xảy ra cách đây gần hai tháng (vào ngày 20 tháng 9) khi các nhà khoa học đến từ phòng thí nghiệm OPERA của Viện Nghiên cứu Hạt nhân Ý (CERN) thông báo rằng, họ đã thu được những con số có vẻ như sẽ khiến các hạt Neutrino chuyển động nhanh hơn ánh sáng 60 phần tỷ của một giây .
Thứ nhất, bởi vì Thuyết tương đối của Einstein, thước đo chuẩn mực của ngành vật lý hiện tại không cho phép điều đó xảy ra. Thứ hai, kết quả của OPERA chỉ là tình cờ, được rút ra trong một nghiên cứu để tìm hiểu sự hình thành của loại hạt cực hiếm là tau-neutrino mà thôi.
Do đó, báo cáo trên đã gây ra rất nhiều nghi ngờ và tranh cãi trong giới vật lý.
Trên thực tế, con số 60 phần tỷ của một giây đã được rút ra từ một chuỗi thí nghiệm, bao gồm hơn 15.000 phép đo khác nhau diễn ra trong suốt 3 năm trời.
Để chứng minh rằng mình đã đúng, một lần nữa OPERA thực hiện lại thí nghiệm và lần này không phải để tìm hiểu về tau-neutrino mà là về vận tốc của ánh sáng.
Lặp lại 20 lần thí nghiệm, OPERA đã cho ra một kết quả làm cả thế giới phải rùng mình: chùm hạt neutrino đã nhanh hơn ánh sáng 10 phần triệu của một giây - cao gấp 160 lần con số trước đây.
Cả hai thí nghiệm trong tháng 9 và tháng 11 đều được thực hiện trên máy gia tốc có chiều dài 730 km, trong đó hạt neutrino đã được bắn từ Geneva (Thụy Sĩ) đến bia đỡ ở Gran Sasso (Ý).
Einstein ơi, ngài đã sai rồi sao?
Dù không thực sự nói ra, nhưng những phát biểu trong thuyết tương đối của Einstein đã là nền tảng để các nhà khoa học khẳng định rằng, vận tốc ánh sáng là tuyệt đối và không có gì có thể di chuyển nhanh hơn.
Điều gì xảy ra khi phát biểu của Einstein sai? Liệu thế giới có sụp đổ và chúng ta phải dẹp bỏ đống đĩa Blu-ray để tìm đến sự chán đời trong món thịt cầy của Nam Cao?
Câu trả lời sẽ là không, chắc chắn là không.
Hẳn chúng ta còn nhớ món cơ học cổ điển của ngài Newton, thứ khoa học để cho những chiếc tàu hơi nước lao đi trong sự sung sướng tột độ, thứ đã tạo ra những công trình và phát minh tuyệt diệu đã làm thay đổi hoàn toàn cuộc sống của con người. Tuy nhiên, một điều bất ngờ đó là cơ học cổ điển chỉ đúng với chuyển động của các vật vi mô có vận tốc nhỏ, còn những thứ vĩ đại hơn, siêu phàm hơn như ánh sáng, nguyên tử, big bang, lỗ đen hay sóng hấp dẫn thì chúng ta phải nhờ đến chuẩn mực của thuyết tương đối.
Một lần nữa, con người lại tự bước ra giới hạn của mình và như nhà văn Nguyễn Khải đã từng nói "ở đời này không có con đường cùng, chỉ có những ranh giới, điều cốt yếu là phải có sức mạnh để bước qua những ranh giới ấy". Nếu như Neutrino thực sự nhanh hơn ánh sáng, thì không hẳn là ngài Einstein của chúng ta đã sai, đơn giản đó là loài người đã tiến lên một nấc thang nữa và tìm thêm cho mình một giới hạn nữa để vượt qua.
Neutrino - Con ma của vật lý hiện đại
Có lẽ chưa đủ phê và dư thừa calo do món thịt cầy của Nam Cao, nên tôi mạnh dạn cầm tay các bạn để cùng bước vào một thế giới có phần "tâm linh" và khó hiểu khác mang tên neutrino.
Vũ trụ là thứ lớn nhất mà con người từng biết, khối lượng và thể tích của nó là... vô tận. Ngược lại, neutrino lại là thành phần vật chất nhỏ nhất mà chúng ta hình dung ra. Tôi không hề nói ngoa một chút nào cả, neutrino thực sự là con ma bởi nó không mang điện tích, khối lượng gần như bằng không và là hạt cơ bản mờ ám nhất, khó bắt gặp nhất, mặc dù vẫn xuyên qua cơ thể, nhà cửa, Trái đất với số lượng hàng nghìn tỉ hạt mỗi giây.
Bởi vì sự "siêu phàm" đó, những công trình nghiên cứu về neutrino thường được giới khoa học đánh giá rất cao. Năm 1930, nhà bác học Wolfgang Pauli đã lần đầu tiên dự đoán về loại hạt này và do đó, vào năm 1945 giải thưởng Nobel danh giá đã được trao cho ông. 26 năm sau, Fredrick Reines chứng minh sự tồn tại của Neutrino và giành được Giải Nobel 1995 cho công trình của mình.
Làm sao để tóm được con ma này?
Không giống như những quý ông, quý bà làm nghề đuổi quỷ ở Việt Nam. Việc "bắt ma" của các nhà khoa học thực sự là một quá trình tốn kém và đòi hỏi các kỹ thuật cực kỳ tiên tiến mà người thường nếu không tận mắt chứng kiến thì khó có thể tưởng tượng ra.
Neutrino là loại hạt rất quỷ quyệt, chúng hiếm khi tiếp xúc với vật chất. Để tóm gọn đối tượng đầy "tiền án tiền sự" này, các nhà khoa học sẽ cho nó đâm đầu vào một nguyên tử và dùng các thiết bị cảm biến cực kỳ nhạy để phát hiện ra hiện tượng đó.
Thời kỳ sơ khai, các thí nghiệm thường sử dụng những chiếc hồ chứa nước hoặc dầu để phát hiện ra sự tương tác giữa neutrino và các nguyên tử khác trong đó.
Tuy nhiên, để chính xác và hiệu quả hơn, hiện nay các trung tâm nghiên cứu đã xây dựng những đường ống dài trị giá hàng tỷ đô la và thường được chôn sâu dưới lòng đất hay trong lòng đại dương nhằm tránh các loại hạt khác lẫn vào thí nghiệm.
Neutrino à, để làm gì vậy?
Việc phát hiện và chứng minh neutrino có vận tốc lớn hơn ánh sáng là một chuyện hoàn toàn khác với những ứng dụng thực tế của nó.
Nếu như cơ cổ điển chỉ ứng dụng cho đầu máy hơi nước, thuyết tương đối ứng dụng cho Bluray thì neutrino tất nhiên sẽ ứng dụng cho những thứ lớn lao hơn rồi.
Bạn nghĩ gì khi tôi nói rằng, loài người chỉ mới biết được chưa đầy 4% nguồn năng lượng và khối lượng của vũ trụ? Quả là bất ngờ phải không?
Trong bầu không khí ma quái, neutrino thực sự là một dạng vật chất đặc biệt nhất mà chúng ta từng biết, chúng là những hạt duy nhất dường như chỉ quay ngược chiều kim đồng hồ và spin của neutrino luôn ngược hướng vận tốc (thuận trái), còn spin của phản neutrino thì cùng hướng với vận tốc (thuận phải).
Đến đây thì các kiến thức thực sự bắt đầu khó rồi đây.
Neutrino và phản neutrino là những khái niệm thuộc về phạm trù phản vật chất trong vật lý. Phản hạt của một hạt sơ cấp là hạt có cùng khối lượng như hạt đã cho, song có một hoặc một số tính chất vật lý khác cùng độ lớn nhưng có chiều ngược lại. Điều này có nghĩa là khi phản vật chất gặp vật chất thì chúng sẽ nổ tung và biến mất mà không để lại chút tỳ vết.
Tuy nhiên, điểm thú vị nhất đó là vũ trụ của chúng ta có tính bất đối xứng, vật chất luôn nhiều hơn phản vật chất và các nhà khoa học lại... vò đầu bứt tóc vì không thể tìm ra được nguyên nhân.
Trong 12 "hương" (các trạng thái lượng tử rời rạc) cơ bản có 6 loại quark và 3 hạt electron, muon, tauon, tất cả đều mang điện tích âm hoặc dương. Những hạt có điện tích này phải khác phản hạt của chúng vì điện tích của phản hạt và của hạt phải ngược dấu nhau. Tuy nhiên neutrino vì trung hòa điện tích nên có khả năng là neutrino cũng chính là phản neutrino. Đây là một chìa khóa có thể giúp các nhà khoa học mở được cánh cửa bí mật, nhằm giải thích được nguyên nhân phát sinh sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ sơ khai.
Một điều thú vị nữa đó là chúng ta chỉ mới bắt gặp neutrino thuận trái. Điều này có nghĩa là những neutrino thuận phải chưa nhìn thấy có thể dùng để giải thích cho vật chất tối - loại vật chất giả thuyết, có thành phần chưa hiểu được, chiếm 80% toàn bộ vật chất trong vũ trụ và làm các thiên hà bay ra xa nhau...
Việc hiểu biết về neutrino và chứng minh vận tốc vượt hạn của nó mới chỉ ở mức sơ khai, con người cần rất nhiều thời gian để kiểm chứng cũng như chấp nhận điều "điên rồ" đến ngọt ngào này.
Tổng hợp
Chỉnh sửa lần cuối:
