Các nhà lý thuyết đưa ra phương pháp mới xác định khối lượng neutrino

Michael Schmitt , thành viên của nhóm nghiên cứu nói trên, thuộc đại học Northwestern, phát biểu: " Nếu neutrino có khối lượng, nhất định chúng phải có một moment từ. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể phỏng đoán khối lượng của neutrino thông qua việc đo moment từ của chúng, mặc dù moment từ này rất nhỏ. ”

Dù vậy, có vẻ như cơ hội thành công rất mong manh.

Sự dao động của Neutrino

Lý do chính xác vì sao khối lượng của neutrino lại rất nhỏ so với các hạt cơ bản khác, cho đến nay, vẫn là một bí ẩn. Thực tế, trước năm 1998, dựa trên mô hình chuẩn của vật lý hạt thì neutrino - vốn có đến 3 loại-được cho là không có khối lượng. Nhưng vào năm 1998, các nhà nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm SuperKamiokande của Nhật đã tìm ra rằng: tỷ số của electron (một dạng muon) - một dạng neutrino được sinh ra bởi sự va chạm giữa các tia vũ trụ với khí quyển trái đất từ bên phía này lại khác với tỷ số đo được cũng do những va chạm ấy, xảy ra ở phía bên kia của trái đất. Thí nghiệm này đã minh chứng cho mối ngờ vực trước đó: neutrino có thể thay đổi tính chất khi chúng truyền đi, điều này có nghĩa là chúng có khối lượng.

Sự dao động của neutrino vốn chỉ cung cấp cho các nhà nghiên cứu những thông tin rất mập mờ rằng chúng là các hạt trung hòa điện tích. Nhưng do xác suất mà một loại neutrino có thể dao động sang loại khác tỉ lệ thuận với sự sai khác giữa bình phương khối lượng của chúng, sự dao động của neutrino không cho phép xác định khối lượng của từng loại neutrino riêng. Do đó, thậm chí một thí nghiệm nhỏ bé về khối lượng neutrino cũng là một bước khổng lồ để hướng tới giải quyết bài toán về sự bí ẩn về nguồn gốc của chúng, và cũng có thể cải thiện các kiến thức về các thông số khác của quá trình dao động neutrino.

Schmitt cùng với Armen Apyan ở Đại học Northwestern (Mỹ) cùng với con trai ông là Aram Apyan (hiện đang học bậc đại học ở Viện Công nghệ Illinois) đã tính toán được kích cỡ và dạng của xung điện có thể sản sinh trong một vòng dây khi mà một neutrino đi qua nó (xem bài báo Phys Rev D 77037901 ). Giống như những thanh nam châm nhỏ bé, neutrino có thể làm thay đổi từ thông qua vòng dây và tạo ra một dòng điện cảm ứng nhất định theo định luật Faraday. Do mômen từ của neutrion tỉ lệ thuận với khối lượng của nó nên do đó dòng điện này có thể cho phép suy ra khối lượng của mỗi loại neutrino một cách trực tiếp.

Tín hiệu rất nhỏ

Liệu có thể đo được những tín hiệu nhỏ như thế này?

Các tính toán của nhóm vốn hoàn toàn tương đối tính, và hầu như được thực hiện bởi thành viên trẻ tuổi Apyan mặc dù anh này vẫn còn học trung học, các tính toán này đã giả định rằng các xung có thể phải rất nhỏ. Nếu cho dòng khối lượng neutrino có giới hạn trên 1 eV và mômen từ 10 ^-10Bohr magneton, thì biên độ của mỗi xung điện khi một neutrino đi qua chỉ nhỏ tới cỡ 16 bậc so với 1 V. " Tín hiệu này quá nhỏ so với bất kỳ một tín hiệu nào khác mà tôi biết trong các thí nghiệm thực " - Schmitt nói. Nếu muốn làm giảm điều này, thời gian phát xung phải không được dài hơn 10 ^-21s – điều mà Schmitt cho rằng chỉ có thể xảy ra nếu xung này nhanh hơn cả ánh sáng.

Vấn đề là có chăngmột thí nghiệm có khả năng đo được một tín hiệu nhỏ như thế?. Theo ý kiến của Sunil Somalwar ở đại học Rutgers, người mà năm 1980 đã sử dụng những thiết bị tương tự để tìm đơn cực từ: " Ta có thể sử dụng những thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUIDS) để đo những dòng dưới 1 fA ( 10 ^-15A) ". Ông cho biết thêm: " Tuy nhiên đó là một khoảng cách quá xa so với dòng 10 ^-45A mà chúng ta cần giải quyết ở đây, thậm chí cho dù có tính đến việc nhiều hạt Neutrino chụm lại với nhau trong chùm tia từ máy gia tốc ".

Mặc dù Schmitt chấp nhận rằng những tính hiệu neutrino là rất nhỏ để có thể quan sát được bằng kỹ thuật dòng, tuy nhiên nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng những kỹ thuật của họ có thể cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra momen từ của các hạt khác "cư xử" như thế nào qua phép biến đổi Lorentz. Ông nói: " Chúng tôi hy vọng những thực nghiệm tưởng tượng trong bài báo của chúng tôi sẽ có một ý nghĩa lớn lao nào đó ".