Định luật bảo toàn năng lượng hiện có còn giá trị?

Cuối những năm 20 của thế kỉ XX, các nhà khoa học khi nghiên cứu sự phân rã β (tức là hạt nhân nguyên tử bức xạ ra electron chuyển biến thành một loại hạt nhân khác), phát hiện trong quá trình ấy một bộ phận năng lượng đi đâu không biết. Điều đó làm cho họ hết sức nghi hoặc: trong quá trình hạ nguyên tử, định luật bảo toàn năng lượng hiện có còn giá trị? Nhà vật lí áo, Pauli, năm ấy 30 tuổi, tin tưởng vững chắc vào định luật bảo toàn năng lượng, và với trực giác xuất chúng đã dự đoán: trong quá trình này chắc chắn còn có một loại hạt mới được phóng ra. Nó không mang điện, khối lượng cực nhỏ, tácđộng qua lại của nó với vật chất cực yếu, đến nỗi không sao đo đạc được. Chính nó đã mang đi bộ phận năng lượng đó. Ông gọi loại hạt chưa biết này là “tiểu trung tử”, tức là nơtrino nói đến hiện nay.

Năm 1942, nhà vật lí Mĩ Iren theo phương pháp của nhà vật lí Trung Quốc Vương Kiềm Toàn đề ra, lần đầu tiên chứng thực sự tồn tại của nơtrrino một cách gián tiếp thông qua thực nghiệm.

Do tác động qua lại của nơtrino với vật chất rất yếu, muốn trực tiếp quan sát thấy nó là vô cùng khó khăn. Ngay cả bản thân Iren cũng cho rằng có lẽ vĩnh viễn không đo được nơtrino. Tuy nhiên, khó khăn không ngăn cản được sự tiến triển của khoa học. 26 năm sau khi Pauli đề ra giả thiết về nơtrino, giáo sư Reines và một số người thuộc Trường đại học Tổng hợp California đặt 400 lít dung dịch nước cađimi axetat làm bia vào trong lò phản ứng hạt nhân mới đưa vào sử dụng (làm nguồn nơtrino), mỗi giờ đo được 2,8 nơtrino, hoàn toàn thống nhất với dự đoán lí thuyết của ông. Cũng vì thế, Reines có vinh dự nhận được giải thưởng Nobel về vật lí năm 1995.

Nghiên cứu Vũ Trụ học hiện đại cho chúng ta biết, giới hạn trên của chủng loại nơtrino là 3, tức là có 3 loại nơtrino. Ngoài nơtrino electron đã phát hiện ở trên ra, còn có nơtrino μ (phát hiện năm 1962) và nơtrino dạng ι (phát hiện năm 1975). Mỗi một loại nơtrino đều có phản nơtrino như nhau.

Rốt cuộc nơtrino có khối lượng hay không, là chìa khoá khiến người ta quan tâm nhất trong lĩnh vực nghiên cứu này. Trước những năm 70 của thế kỉ XX, hầu hết ý kiến cho rằng khối lượng của nơtrino bằng không. Năm 1980, Viện nghiên cứu vật lí lí thuyết và thực nghiệm của Liên Xô thông báo, qua 10 năm đo đạc thử nghiệm, nhận được khối lượng của nơtrino ở trong khoảng 17 – 40 electrovon. Điều đó làm cho giới vật lí toàn cầu xôn xao. Về sau, nhiều phòng thực nghiệm nổi tiếng trên thế giới nhộn nhịp áp dụng các phương pháp khác nhau để đo đạc và kiểm nghiệm kết quả đó. Các chuyên gia của Viện Khoa học năng lượng nguyên tử Trung Quốc cũng triển khai hạng mục nghiên cứu này vào giữa những năm 80, và thu được thành quả nhất định. Hiện nay, các thực nghiệm về đo khối lượng của nơtrino trên thế giới vẫn đang tiếp tục tiến hành. Theo những báo cáo gần đây nhất thì vẫn không thể loại bỏ khả năng khối lượng của nó bằng không. Giới hạn trên về khối lượng của nó vào khoảng 10 electrovon.

Có lẽ độc giả sẽ hỏi, tác động qua lại của nơtrino với vật chất vô cùng yếu ớt, lại khó nắm bắt được, việc nghiên cứu nó có ý nghĩa gì nhỉ?

Cố nhiên, một nơtrino thì không đáng gì, song cái Vũ Trụ của chúng ta, số lượng của nơtrino cực nhiều, nó đầy rẫy ở mọi xó xỉnh của Vũ Trụ, bình quân mỗi cm3 có vào khoảng 300 nơtrino, xấp xỉ với photon, nhiều gấp vài tỉ lần so với tất cả các hạt khác! Cho nên, tổng thể nơtrino có tác dụng rất quan trọng đối với Vũ Trụ.

Ngoài ra, nơtrino còn có khả năng: nó có thể đi xuyên qua bên trong các ngôi sao một cách dễ dàng. Vì vậy, nó có thể mang đến cho chúng ta những thông tin nội bộ của các ngôi sao, của Mặt Trời. Các nhà khoa học còn giả thiết lợi dụng đặc điểm này của nơtrino để quét cắt lớp Trái Đất, làm cho những điều bí ẩn nằm sâu trong Trái Đất phơi bày ra không sót gì hết; họ còn muốn cho nơtrino truyền thông tin xuyên qua Trái Đất nữa, như vậy truyền thông đường dài có thể không cần phải qua vệ tinh và lượn vòng các trạm mặt đất. Khi người ta nhận thức rõ ràng về nơtrino, nó sẽ có được sự ứng dụng vô cùng rộng rãi.

Từ khoá: Nơtrino.