Xem mẫu
- Nghiên cứu nơtrinô va chạm proton.
II. Các đặc tính hạt nơtrinô
Spin và đi ện tích: Nơtrinô có spin bán nguyên nên nó là hạt fermion. Vì là
hạt lepton trung hoà điện, nên nơtrinô không tham gia tương tác mạnh cũng
như tương tác điện từ, chỉ thông qua tương tác yếu và hấp dẫn.
Các đo đạt các đặt tính của hạt nơtrinô chủ yếu dựa vào việc quan sát phân rã
của hạt Z boson. Hạt Z này có thể phân rã ra bất kì loại nơtrinô nào và phản
hạt của nó và có thể có nhiều loại nơtrinô hơn, có thời gian sống ngắn hơn
hạt Z. Việc đo đạt thời gian sống của hạt Z chỉ ra có 3 loại nơtrinô nhẹ (
nghĩa là có khối lượng nhỏ hơn 1/2 khối lượng hạt Z). Trong mô hình chuẩn,
sử tương quan giữa 6 quark và 6 lepton (trong đó có 3 nơtrinô) đã hướng các
nhà vật lý tới suy nghĩ là có 3 loại nơtrinô. Tuy nhiên, những bằng chứng
thực chất của vấn đề tại sao chỉ có bai loại nơtrinô vẫn là bài toán chưa có
lời giải thoả đáng.
Fermion Kí hiệu Khối lượng
Thế hệ thứ nhất (electron)
Nơtrinô electron
- Phản hạt nơtrinô electron
- Khối l ượng nơtrinô: Theo mô hình chuẩn, nơtrinô được giả thiết là không có
khối lượng, mặt dù việc thêm khối lượng của nơtrinô vào mô hình không phải quá
khó. Trên thực tế, tất cả các hiện tượng giải thích các thí nghiệm yêu cầu khối
lượng của nơtrinô bằng không. Tuy nhiên, theo mô hình thuyết Big Bang tiên đoàn
phải tồn tại một tỉ lệ phù hợp giữa số hạt nơtrinô và số photon trong bức xạ nền vũ
trụ. Nếu tổng năng lượng của ba loại nơtrinô vượt quá giá trị trung bình 50
eV/nơtrinô, khối lượng trong vũ trụ sẽ quá nhiều dẫn tới suy sụp. Giá trị giới hạn
có thể được loại trừ nếu giả thiết nơtrinô không bền, tuy nhiên với mô hình chuẩn
thì điều này rất khó xảy ra. Một yêu cầu nghiêm ngặt khác từ việc phân tích các số
liệu từ vũ trụ như bức xạ nền vũ trụ, việc nghiên cứu ngân hà, và phổ
Lyman-alpha…cho thấy khối lượng nơtrinô phải nhỏ hơn 0.3 eV. Năm 1998, kết
quả nghiên cứu tại máy dò nơtrinô Super-Kamiokande xác định rằng thực chất
nơtrinô có những dao động “mùi” vì vậy có khối lượng. Các thí nghiệm chỉ nhạy
với sự sai biệt bình phương khối lượng. Sự sai biệt này rất nhỏ, nhỏ hơn 0.05 eV
(vào năm 2005). Hơn nữa, những yêu cầu ngụ ý rằng nơtrinô nặng nhất có khối
lượng ít nhất là 0.05 eV nhưng không lớn hơn 0.3 eV. Ước lượng chính xác nhất
cho sự khác biệt bình phương khối lượng của hai trạng thái của nơtrinô vào năm
2005 của nhóm KamLAND là . Năm 2006, phòng thí
nghiệm MINOS đo đạt sự dao động từ chùm nơtrinô tau mạnh xác định sự sai biệt
bình phương khối lượng của hai trạng thái 2 và 3 là phù hợp
với kết quả của Super-Kamiokande. Những nổ lực gần đây của các nhóm là xác
định thang khối lượng tuyệt đối của nơtrinô trong phòng thí nghiệm. Các phương
pháp được áp dụng bao gồm phân rã beta hạt nhân.
- Quan sát các tia vũ trụ
*Một vài kết quả nghiên cứu của các nhóm:
Khối lượng của (đơn vị eV) được xác định trong phân rã beta của Triti
Ta thấy kết quả của Mainz và Trosisk chấp nhận được.
Tính phân cực: Các kết qủa thực nghiệm cho thất tất cả nơtrinô có phân cực trái
(spin ngược chiều với moment) và các phản hạt nơtrinô đều phân cực phải. Trong
giới hạn không khối lượng, chỉ có một hướng phân cực được quan sát. Tuy nhiên,
sự tồn tại của nơtrinô có khối lượng làm cho vấn đề thêm phức tạp một chút.
- Nơtrinô được sinh ra trong tương tác yếu như trạng thái riêng của toán tử phân
cực. Tuy nhiên, tính phân cực của nơtrinô có khối lượng không phải là không thây
đổi trong quá trình chuyển động. Những nơtrinô tự do truyền đi như trạng thái
chồng chập của hai trạng thái riêng phân cực trái và phân cực phải.
Sự chuyển đổi qua lại giữa các nơtrinô:
Các hạt quark thật sự không phải là độc lập với nhau, có trạng thái trộn giữa các
trạng thái đơn lẽ này. Tương tự các hạt nơtrinô cũng vậy, nếu chúng có khối lượng
thì nơtrinô chuyển động trong không gian thật chất là trạng thái pha trộn giữa ba
trạng thái , và theo các qui luật lượng tử. Điều này gọi là sự dao động
giữa các nơtrinô. Sự chuyển đổi qua lại giữa các thế hệ nơtrinô có thể giúp để giải
thích sự thiếu hụt trong các số liệu quan sát được của dòng nơtrinô mặt trời và
cũng là mộttrong những bằng chứng cho thấy nơtrinô có khối lượng. Nhiều thí
nghiệm trong các nhà máy hạt nhân cũngnhư trong các máy gia tốc đã cố gắng để
thăm dò hướng này hơn 20 năm nhưng vẫn chưa cho kết quả khả quan. Gần đây, từ
năm 1996 ngày càng nhiều công trình về sự chuyển đổi được công bố.
III. Các nguồn nơtrinô
1. Nơtrinô mặt trời:
- Các nơtrinô này được sinh ra trong các quá trình nhiệt hạch trong các sao, có năng
lượng khá nhỏ. 85% nơtrinô được sinh ra trong phản ứng
Việc nghiên cứu lý thuyết về nơtrinô mặt trời: Tổng số hạt nơtrinô có thể
được tính chính xác nhưng phổ năng lượng lại chứa nhiều bất định. Chuỗi phản
ứng như sau
Và kết quả phổ năng lượng
- Nghiên cứu thực nghiệm: các nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu dựa vào
phương pháp hoá xạ. Trong đó nơtrinô tham gia các phản ứng
hoặc
- Và sau đó dựa vào tính phóng xạ của hạt nhân Ar hoặc Ge xác định những đại
lượng cần tính.
2. Nơtrinô sinh ra từ các hoạt động của con người
Trong các nơtrinô này có những hạt mang năng lượng cao được tạo từ các máy gia
tốc và các hạt năng lượng thấp sinh ra trong các phản ứng hạt nhân. Loại đầu tiên
có thể đạt năng lượng 110GeV dùng để nghiên cứu cấu trúc nuclon và tương tác
yếu. Loại thứ hai được tạo ra trong nhân của các lò phàn ứng ( một lò hạt nhân
chuẩn có thể phát ra nơtrinô/giây) và có nănglượng 4MeV. Các nơtrinô này
được sử dụng đầu tiên để thăm dò và đưa các giá trị giới hạn cho nơtrinô dao
động.
3. Nơtrinô từ trái đất
Từ khi trái đất sinh ra, đã có sẵn các hạt nhân nguyên tử có tính phóng xạ, chúng
gọi là phóng xạ tự nhiên. Các chất phóng xạ này khá quan trọng nhưng ít được biết
đến, các đóng góp chính của chúng là giữ vật chất dưới lớp vỏ trái đất ở trạng thái
nóng chảy. Công suất của các phóng xạ này khoảng 20000 Giga Wat (tương
đương 20000 nhà máy hạt nhân), các nơtrinô sinh ra rất nhiều khoảng 6
triệu/giây/cm2 . Tuy nhiên các nơtrinô này thường bị hoà lẫn vào trong các
nơtrinô được sinh ra trong các nhà máy hạt nhân.
4. Nơtrinô từ các tia vũ trụ
Khi các tia vũ trụ xuyên qua khí quyển, nó sẽ tương tác với hạt nhân nguyên tử và
sẽ sinh ra các “cơn mưa hạt”. Cũng tuân theo các qui luật sinh ra nơtrinô trong các
phòng thì nghiệm, các nơtrinô được tạo ra và gọi là nơtrinô khí quyển. Một vài
phòng thí nghiệm như Kamiokande và Super-Kamiomande ờ Nhật đã quan sát sự
dao động của các nơtrinô này và cho kết quả năm 1998 khả quan.
- 5. Nơtrinô từ Big Bang
Mô hình chuẩn của Big Bang dự đoán, giống như photon, cũng có bức xạ nền của
nơtrinô. Cho đến hiện tại, các nơtrinô này vẫn chưa được tìm thấy. Các nơtrinô
này rất nhiều, khoảng 330 nơtrinô/ cm3. Năng lượng của các nơtrinô này khá nhỏ
(khoảng 0.0004 eV) vì vậy mà không có thí nghiệm nào, mặt dù rất lớn có thể
nhận ra chúng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino
2. http://www.physics.upenn.edu/neutrino/jhu/node2.html
3. http://wwwlapp.in2p3.fr/neutrinos/aneut.html
4. http://cupp.oulu.fi/neutrino/index.html
5. http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0704/0704.1800v1.pdf
nguon tai.lieu . vn
