Neutrino - Vật thể nhanh nhất trên Trái đất

Các nhà vật lý cho rằng vật thể nhanh nhất trên Trái đất có thể là hạt hạ nguyên tử tên neutrino.

Trái đất chứa đựng nhiều kỳ tích về tốc độ như tàu vũ trụ bay khỏi bệ phóng, xe đua lao quanh đường chạy hay báo săn đuổi theo con mồi. Nhưng đáp án về vật thể nhanh nhất hành tinh phụ thuộc vào cách chúng ta định nghĩa "vật thể" và "trên Trái đất", theo Live Science.

Hạt neutrino rất khó phát hiện trên Trái đất. (Ảnh: Big Think).

Câu trả lời rõ ràng nhất có lẽ là ánh sáng. Trong môi trường chân không, ánh sáng di chuyển ở tốc độ 300.000km/s. Không có vật thể nào trong vũ trụ mà chúng ta từng biết có thể vượt qua tốc độ đó. Nhưng ánh sáng có phải vật thể hay không? Các nhà vật lý chưa thống nhất về vấn đề này. Một số cho là không bởi ánh sáng không có khối lượng. Số khác nói là có do theo cơ học lượng tử, ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt. Phần lớn nhà vật lý đồng ý các hạt là vật thể. Theo John Matthews, nhà vật lý ở Đại học Utah, trong chân không vũ trụ, những hạt gọi là photon đó là vật thể nhanh nhất.

Trên Trái đất, tình huống trở nên phức tạp hơn, trừ khi ở trong buồng chân không. Khi một hạt photon đâm vào khí quyển Trái đất, nó di chuyển chậm lại. Sau đó, trong hoàn cảnh phù hợp, nó có thể gặp một số đối thủ. Đó là vì không phải mọi hạt đều bay chậm lại trong khí quyển theo cách giống photon.

Matthews là thành viên trong nhóm nghiên cứu phát hiện một số hạt rất nhanh có nguồn gốc từ tia vũ trụ mang năng lượng siêu cao. Đó là những cơn mưa hạt hạ nguyên tử trút xuống Trái đất từ ngoài không gian. Một trong những hạt này có biệt danh hạt Oh-My-God, được phát hiện bởi các đồng nghiệp của ông vào năm 1991 từ tia vũ trụ mang năng lượng cao nhất từng được ghi nhận. Các hạt như vậy di chuyển ở tốc độ cực gần với vận tốc ánh sáng trong buồng chân không. Nhưng khi đâm vào khí quyển Trái đất, chúng tiếp tục lao về phía trước. Vì vậy, chúng vượt qua vận tốc ánh sáng trong khí quyển, Matthews giải thích.

Điều đó biến hạt Oh-My-God thành một trong những vật nhanh nhất có khối lượng trên Trái đất, nhưng vị trí hàng đầu thuộc về hạt neutrino, theo Justin Vandenbroucke, nhà vật lý hạt ở Đại học Wisconsin-Madison. Hạt Oh-My-God có thể là một proton, hoặc giống hạt proton, nó tương đối lớn ở quy mô hạt hạ nguyên tử. Khối lượng của hạt neutrino nhỏ hơn ít nhất 10 tỷ lần so với hạt proton, vì vậy theo định luật vật lý cơ bản, nó thậm chí có thể di chuyển nhanh hơn ở cùng mức năng lượng.

Trong một thí nghiệm dài hạn tên IceCube ở Nam Cực, các nhà vật lý đặt máy dò bên trong khối băng thể tích một kilomet khối, hy vọng có thể tìm thấy hạt neutrino năng lượng cao. Bên trong băng, hạt neutrino đủ năng lượng có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Khi hạt neutrino năng lượng cao va chạm với nhân của một nguyên tử trong băng, nó có thể tạo ra hạt hạ nguyên tử mang điện tích cũng di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Những hạt bay nhanh này phát ra chớp sáng gọi là bức xạ Cherenkov giúp phát hiện hạt neutrino một cách gián tiếp.

Năm 2016, các nhà khoa học trong dự án IceCube phát hiện hạt neutrino năng lượng cao nhất. "Theo chúng tôi biết, đây là hạt nhanh nhất từng thấy", Bill Louis, nhà vật lý ở Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos cho biết.

• Các neutrino di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng
• Đột phá khoa học: Tìm thấy nguồn phát bí ẩn của "hạt ma" sau một thế kỷ dò tìm
• Làm lại thí nghiệm "nhanh hơn ánh sáng"

Từ khóa liên quan:

hạt neutrino

hạt hạ nguyên tử

vật thể nhanh nhất trên Trái Đất

hạt Oh-My-God

hạt neutrino năng lượng cao

John Matthews

Justin Vandenbroucke

Bill Louis