Tại sao vấn đề lớn
Khối lượng là một trong những đặc tính cơ bản và quan trọng nhất của các hạt cơ bản. Neutrino là hạt duy nhất được biết đến mà khối lượng vẫn còn là một bí ẩn. Đo khối lượng của nó sẽ giúp chỉ ra các định luật vật lý mới ngoài Mô hình Chuẩn, mô tả thành công đáng chú ý nhưng chưa hoàn chỉnh về cách thức các hạt và lực lượng vũ trụ được biết đến tương tác. Khối lượng đo được của nó cũng sẽ đóng vai trò kiểm tra các nhà vũ trụ học các lý thuyết về cách thức vũ trụ phát triển.
Diana Tùy thuộc vào khối lượng của neutrino là gì, nó có thể dẫn đến thời kỳ rất thú vị trong vũ trụ học, ông cho biết Diana Parno, nhà vật lý tại Đại học Carnegie Mellon và là thành viên của nhóm KATRIN.
Cho đến khoảng hai thập kỷ trước, neutrino Giáp được dự đoán về mặt lý thuyết vào năm 1930 và được phát hiện vào năm 1956 đã được coi là không có khối lượng. Khi tôi còn học cấp ba, tất cả sách giáo khoa của tôi đều nói neutrino đã không có khối lượng, Khăn Harris nói.
Điều đó đã thay đổi khi, trong một khám phá sẽ giành giải thưởng Nobel 2015, các nhà vật lý phát hiện ra rằng neutrino có thể biến đổi từ loại này sang loại khác, dao động giữa ba trạng thái hương vị của người Hồi giáo: electron, muon và tau. Những dao động này chỉ có thể xảy ra nếu neutrino cũng có ba trạng thái khối lượng khả dĩ, trong đó mỗi hương vị có xác suất khác nhau tồn tại ở mỗi ba trạng thái khối lượng. Các trạng thái khối lượng di chuyển trong không gian một cách khác nhau, do đó, khi neutrino đi từ điểm A đến điểm B, hỗn hợp xác suất này sẽ thay đổi và máy dò có thể đo được một hương vị khác.
Nếu có ba trạng thái khối lượng khác nhau, thì tất cả chúng có thể là 0 không do đó, neutrino có khối lượng. Theo dữ liệu dao động neutrino gần đây (cho thấy sự khác biệt giữa các trạng thái khối chứ không phải giá trị thực của chúng), nếu trạng thái khối lượng nhẹ nhất bằng 0, thì nặng nhất phải ít nhất là 0,0495 eV.
Tuy nhiên, điều đó rất nhẹ so với khối lượng của các hạt khác mà các nhà vật lý học không biết chắc chắn làm thế nào neutrino có được khối lượng nhỏ như vậy. Các hạt khác trong Mô hình Chuẩn thu được khối lượng bằng cách tương tác với trường Higgs, một trường năng lượng lấp đầy mọi không gian và kéo theo các hạt lớn. Nhưng đối với neutrino, khối lượng rất nhỏ, bạn cần một số lý thuyết bổ sung để giải thích điều đó, ông Par Parno nói.
Tìm hiểu làm thế nào neutrino thu được khối lượng có thể giải quyết các bí ẩn khác, dường như có liên quan, chẳng hạn như tại sao có nhiều vật chất hơn phản vật chất trong vũ trụ. Các lý thuyết cạnh tranh cho cơ chế tạo khối dự đoán các giá trị khác nhau cho ba trạng thái khối. Trong khi các thí nghiệm dao động neutrino đã đo được sự khác biệt giữa các trạng thái khối lượng, các thí nghiệm như KATRIN về nhà ở mức trung bình của cả ba. Kết hợp hai loại phép đo có thể tiết lộ giá trị của từng trạng thái khối lượng, thiên về các lý thuyết nhất định về khối lượng neutrino so với các loại khác.
Câu hỏi vũ trụ
Khối lượng neutrino cũng có tầm quan trọng vũ trụ. Mặc dù có khối lượng cực nhỏ, rất nhiều neutrino được sinh ra trong Vụ nổ lớn đến nỗi lực hấp dẫn tập thể của chúng ảnh hưởng đến việc tất cả các vật chất trong vũ trụ tụ lại thành các ngôi sao và thiên hà. Khoảng một giây sau Vụ nổ lớn, neutrino đang bay xung quanh với tốc độ gần như ánh sáng nhanh đến mức chúng thoát khỏi lực hấp dẫn của vật chất khác. Nhưng sau đó, họ bắt đầu chậm lại, điều này cho phép họ giúp các nguyên tử, ngôi sao và thiên hà. Điểm mà neutrino bắt đầu chậm lại phụ thuộc vào khối lượng của chúng. Các neutrino nặng hơn sẽ giảm tốc sớm hơn và giúp vũ trụ trở nên lộn xộn hơn.
Bằng cách đo độ vón cục của vũ trụ, các nhà vũ trụ học có thể suy ra khối lượng neutrino. Nhưng phương pháp gián tiếp này dựa trên giả định rằng các mô hình vũ trụ là chính xác, vì vậy nếu nó đưa ra một câu trả lời khác với các phép đo trực tiếp khối lượng neutrino, điều này có thể chỉ ra rằng các lý thuyết vũ trụ là sai.
Máy quang phổ chính của thí nghiệm KATRIN đang được vận chuyển đến Trung tâm nghiên cứu Karlsruhe ở Đức năm 2006.
Cho đến nay, phương pháp vũ trụ gián tiếp đã nhạy cảm hơn so với các phép đo khối lượng trực tiếp bằng các thí nghiệm như KATRIN. Dữ liệu vũ trụ học gần đây từ vệ tinh Planck cho thấy tổng của ba trạng thái khối lượng neutrino có thể Gặt lớn hơn 0,12 eV, và vào tháng 8, một phân tích khác về quan sát vũ trụ cho thấy khối lượng nhẹ nhất phải nhỏ hơn 0,086 eV. Tất cả đều giảm xuống dưới giới hạn trên của KATRIN, do đó, không có mâu thuẫn giữa hai cách tiếp cận. Nhưng khi KATRIN thu thập nhiều dữ liệu hơn, sự khác biệt có thể phát sinh.
Cái gì tiếp theo
Thí nghiệm KATRIN được chờ đợi từ lâu đã cân nhắc neutrino bằng cách sử dụng triti, một đồng vị nặng của hydro. Khi triti trải qua quá trình phân rã beta, hạt nhân của nó phát ra một electron và neutrino có mùi electron. Bằng cách đo năng lượng của các electron năng lượng nhất, các nhà vật lý có thể suy ra năng lượng, và do đó khối lượng (hoặc thực sự, trung bình có trọng số của ba khối lượng đóng góp) của neutrino electron.
Nếu KATRIN tìm thấy khối lượng khoảng 0,2 hoặc 0,3 eV, các nhà vũ trụ học sẽ gặp khó khăn trong việc điều hòa các quan sát của họ, Marilena Loverde, một nhà vũ trụ học cho biết
0 Comments:
Đăng nhận xét