Tại sao neutrino quan trọng - Sílvia Bravo Gallart

Xem toàn bộ bài học tại: http://ed.ted.com/lessons/why-neutrinos-matter-silvia-bravo-gallart

Các hạt cơ bản là những viên gạch nhỏ nhất trong vũ trụ - và neutrino là một trong những hạt nhỏ nhất của những hạt nhỏ. Các hạt neutrino tí hon này có thể cho chúng ta biết về những vùng xa xôi nhất và những môi trường cực độ của vũ trụ... nhưng chỉ khi ta bắt được chúng. Silvia Bravo Gallart trình bày chi tiết làm sao kính viễn vòng IceCube tại Nam Cực hoạt động chỉ để khám phá điều đó.

Bài học bởi Sílvia Bravo Gallart, hoạt họa bởi Steff Lee.

Chúng ở khắp nơi,
nhưng không bao giờ bạn nhìn thấy chúng.

Hàng tỷ hạt bay qua bạn
ngay giây phút này,

nhưng bạn không thể cảm nhận được.

Các hạt ma này được gọi là neutrinos
và nếu ta bắt được chúng,

chúng có thể kể cho ta biết
về những vùng đất xa xôi

và những môi trường địa cực của vũ trụ.

Neutrinos là các hạt cơ bản,

nghĩa là chúng không thể bị chia tách
thành nhiều hạt như nguyên tử được.

Hạt cơ bản là viên gạch nhỏ nhất
được biết đến

của mọi thứ trong vũ trụ,

và neutrino là một trong những hạt
nhỏ nhất của các hạt nhỏ.

Một triệu lần nhẹ hơn so với electron,

neutrinos dễ dàng xuyên qua vật chất,
không bị ảnh hưởng bởi từ trường.

Thực ra, chúng khó mà tương tác
với bất cứ gì.

Điều đó nghĩa là chúng có thể di chuyển
xuyên vũ trụ trên đường thẳng

trong hàng triệu, thậm chí hàng tỷ năm,

mang thông tin về nơi chúng hình thành
một cách an toàn.

Vậy chúng đến từ đâu?

Có thể nói từ mọi nơi.

Chúng được tạo thành trong cơ thể bạn
từ sự phân rã phóng xạ của Ka-li.

Tia vũ trụ đập vào nguyên tử
trong khí quyển Trái Đất

tạo ra hàng tá chúng.

Chúng được tạo thành từ
phản ứng hạt nhân bên trong Mặt Trời.

và từ sự phân rã hạt nhân bên trong Trái Đất.

Và ta có thể tạo ra chúng trong
lò phản ứng hạt nhân

và các máy gia tốc hạt.

Nhưng neutrinos cao năng lượng nhất
được sinh ra từ xa xôi trong vũ trụ

trong môi trường mà ta biết rất ít về nó.

Thứ gì đó, có thể là lỗ đen khổng lồ,

hoặc có thể máy phát điện vũ trụ
mà chúng ta chưa khám phá,

gia tốc tia vũ trụ để cung cấp năng lượng
lớn hơn hàng triệu lần

bất cứ máy gia tốc nhân tạo nào
đã đạt được.

Những tia vũ trụ này, hầu hết là protons,

tương tác vô độ với vật chất và phóng xạ
xung quanh chúng,

sản xuất ra neutrinos năng lượng cao,

phóng ra như bánh mì vụn vũ trụ

mà có thể nói cho ta biết về vị trí

và nội tại của cỗ máy mạnh nhất vũ trụ.

Đúng là vậy, nếu ta có thể bắt được chúng.

Sự tương tác có giới hạn
của neutrinos tới vật chất khác

khiến chúng trở thành
người đưa tin tuyệt vời,

nhưng cũng đồng thời khiến chúng
cực kỳ khó phát hiện.

Có một cách là đặt vật liệu trong suốt có
thể tích khổng lồ trên đường đi của chúng

và đợi cho một neutrino tự phát giác

bằng cách va chạm
với hạt nhân một nguyên tử.

Đó là những gì xảy ra ở Nam Cực
tại IceCube,

kính viễn vọng neutrino lớn nhất thế giới.

Họ lắp đặt 1 km3 băng đá

đã được thanh lọc bằng áp suất

của băng tuyết được tích luỹ từ
hàng ngàn năm,

tới một điểm chúng là một trong
những chất rắn trong suốt nhất Trái Đất.

Và mặc dù nó được bắn qua lỗ khoan
được lắp hơn 5000 máy dò,

hầu hết neutrinos vũ trụ vượt qua IceCube
mà không để lại dấu vết gì.

Nhưng khoảng 10 lần một năm,

một neutrino năng lượng cao đơn lẻ
va chạm với một phân tử băng,

bắn ra chùm tia
các hạt hạ nguyên tử mang điện

di chuyển qua băng nhanh hơn ánh sáng.

Tương tự như cách một máy bay
vượt qua tốc độ âm thanh

tạo ra tiếng nổ siêu thanh,

những hạt mang điện nhanh hơn ánh sáng này
để lại tia sáng xanh hình nón,

tựa như một vụ nổ quang tử.

Ánh sáng này truyền qua IceCube,

đập vào một số máy dò
nằm dưới bề mặt hơn một dặm.

Ống nhân quang phóng đại tín hiệu,

nơi chứa thông tin về đường đi
và năng lượng của các hạt mang điện.

Dữ liệu này được gửi cho
các nhà vật lý thiên văn khắp thế giới,

những người nhìn vào mô hình ánh sáng

để tìm thông tin về neutrinos
đã tạo ra chúng.

Những va chạm năng lượng
cực cao này rất hiếm

đến nỗi các nhà khoa học của IceCube
đặt các biệt danh cho neutrino,

ví dụ là Big Bird và Dr. Strangepork.

IceCube đã quan sát được

neutrinos vũ trụ có năng lượng cao nhất
từ trước đến nay.

Neutrinos mà nó phát hiện ra
cho ta biết các tia vũ trụ từ đâu đến

và làm sao chúng đạt được
năng lượng cao như vậy.

Ánh sáng, từ hồng ngoại,
tới tia x, tới tia gamma,

đã cho ta biết góc nhìn ngày càng mạnh

và đáng ngạc nhiên về vũ trụ.

Chúng ta mới ở kì sơ khai
của thiên văn về neutrino,

và chúng ta không biết gì
về mối liên hệ mà IceCube

và các kính thiên văn neutrino khác
có thể đem lại

về hiện tượng vô độ
và đầy năng lượng nhất vũ trụ.