Neutrino

Neutrino (tiếng Việt đọc là: Nơ-tri-nô, được ký hiệu bằng ký tự Hy Lạp formula_1) là một fermion (một hạt sơ cấp có spin bán nguyên formula_2) chỉ tương tác với các hạt sơ cấp khác thông qua tương tác hạt nhân yếu và tương tác hấp dẫn. Khối lượng của neutrino nhỏ hơn rất nhiều so với khối lượng của các hạt cơ bản khác từng được biết đến.

Tên gọi của neutrino xuất phát từ hai tính chất cơ bản, ấy là trung hòa về điện ("neutral-") và khối lượng nghỉ rất nhỏ ("-ino"). Tương tác hạt nhân yếu có khoảng cách tác dụng rất ngắn, tương tác hấp dẫn thì gần như là bằng không ở thang độ lớn hạ nguyên tử, còn bản thân neutrino lại là một lepton do đó không thể tham gia tương tác hạt nhân mạnh. Ba yếu tố kể trên dẫn đến khả năng tương tác cực kỳ yếu của neutrino: hạt này có thể đi xuyên qua một độ dày vật chất rất lớn (độ dài thiên văn) mà không gây ra một tương tác nào.

Tương tác hạt nhân yếu, hay gọi tắt là tương tác yếu, tạo ra một neutrino thuộc một trong ba "hương" bao gồm electron neutrino (ký hiệu formula_3), muon neutrino (formula_4) hoặc tau neutrino (formula_5) và một lepton mang điện (formula_6, formula_7, hoặc formula_8) có cùng hương với neutrino. Mặc dù trong một thời gian dài, neutrino được tin là không có khối lượng, hiện nay chúng ta đã biết rằng có ba trạng thái khối lượng khác nhau của neutrino, và các trạng thái này không tương ứng với các trạng thái hương vừa nêu ở trên. Một neutrino luôn được tạo ra trong một tương tác yếu, với một trạng thái hương xác định. Theo cơ học lượng tử, trạng thái hương này là sự chồng chập của cả ba trạng thái khối lượng. Hệ quả của sự chồng chập này là hiện tượng dao động neutrino, trong đó neutrino có thể thay đổi hương của mình. Ví dụ, một electron neutrino được sinh ra từ một phân rã beta có thể được một máy đo đặt ở xa nhận biết như một muon neutrino hoặc tau neutrino. Cho đến thời điểm hiện tại, chúng ta chỉ mới biết được hai hiệu số bình phương khối lượng, ấy là formula_9 (giữa trạng thái khối lượng formula_10và formula_11) và formula_12 (giữa trạng thái khối lượng formula_11và formula_14, dấu giá trị tuyệt đối thể hiện rằng chúng ta chưa biết rõ giữa formula_11và formula_14, trạng thái nào có khối lượng lớn hơn). Các quan sát vũ trụ học chỉ ra rằng tổng khối lượng ba trạng thái của neutrino phải nhỏ hơn một phần triệu khối lượng của một electron.

Tương ứng với mỗi neutrino, tồn tại một phản hạt neutrino cũng mang spin bán nguyên và trung hòa về điện. Hạt và phản hạt neutrino được tách biệt với nhau bởi đối nghịch dấu về số lượng tử lepton (gọi tắt là số lepton) và đối nghịch chiral. Để bảo toàn số lepton, trong phân rã beta(+), electron neutrino được tạo ra cùng với positron (phản hạt electron) chứ không phải với electron. Tương tự như vậy, trong phân rã phản beta (hay nhiều người còn gọi là phân rã beta+), một phản electron neutrino sẽ được tạo ra cùng với một electron.

Neutrino có thể được tạo ra theo nhiều cách, bao gồm: Phân rã beta của các hạt nhân nguyên tử hoặc của các hadron, các phản ứng hạt nhân (như trong các nhà máy điện nguyên tử, trong lõi của các ngôi sao) hoặc khi sử dụng các chùm tia năng lượng cao bắn phá các bia nguyên tử. Phần lớn neutrino trên Trái Đất đến từ các phản ứng nhiệt hạt nhân xảy ra trong lòng Mặt Trời. Trên bề mặt Trái Đất, ước tính khoảng formula_17 hay 65 tỷ neutrino đến từ Mặt Trời đi xuyên qua một centimeter vuông diện tích mỗi giây. Neutrino hoàn toàn có thể được tạo ra một cách nhân tạo trong các máy gia tốc hạt hoặc các lò phản ứng hạt nhân.

Hiện nay, các hoạt động nghiên cứu liên quan tới neutrino đang được tập trung đầu tư rất mạnh với mục đích là tìm được khối lượng của neutrino, đo đạc góc pha quyết định sự vi phạm đối xứng CP (góc pha này có vai trò quan trọng trong việc hiểu về hiện tượng leptogenesis diễn ra ngay sau Big Bang), tìm kiếm các dấu hiệu của vật lý ngoài Mô Hình Chuẩn (phân rã beta kép không neutrino hay sự vi phạm số lepton). Neutrino cũng có thể được sử dụng trong kỹ thuật thấu ảnh tomography để phân tích các hiện tượng diễn ra trong lòng Trái Đất.