Dao động và khối lượng neutrino

Dao động khối lượng neutrino NGUYỄN MẬU CHUNG Hà Nội November 2015 ✦ Neutrino mặt trời ✦ Phân rã β ✦ Giả thuyết neutrino ● ● ● ● ● Đề xuất Pauli Đánh giá Bethe Lý thuyết phân rã β Fermi ● ✦ Dao động neutrino ✦ Thí nghiệm Super K ✦ Phát neutrino ● ● Thí nghiệm Savanath River Khối lượng neutrino ● ● ✦ Ba loại neutrino ● ● Neutrino khí Phát dao động neutrino ✦ Thí nghiệm SNO Thí nghiệm hai neutrino Phát ντ Hà Nội November 2015 Phương pháp 37 Cl Thí nghiệm Homestake Thiếu hụt neutrino mặt trời ● ● (1) Phương pháp D2 O Khẳng định dao động neutrino NGUYỄN MẬU CHUNG Mở đầu Neutrino, ✦ Trong 12 hạt cấu tạo nên vật chất, có hạt neutrino với loại νe , νµ ντ Neutrino photon hai loại hạt có nhiều vũ trụ ✦ Theo mô hình chuẩn, lý thuyết hạt chấp nhận rộng rãi nay, neutrino khối lượng Hà Nội November 2015 (2) NGUYỄN MẬU CHUNG Mở đầu Nobel năm 2015 Do phát dao động neutrino, chứng tỏ neutrino có khối lượng ✦ Arthur B McDonald (SNO) ✦ Takaaki Kajita (SuperK) Hà Nội November 2015 (3) NGUYỄN MẬU CHUNG Phân rã β Các loại phân rã β ✦ Phân loại ● Hạt nhân sửa chữa dư thừa proton hay neutron cách biến đổi proton thành neutron hay ngược lại thông qua phân rã β Tồn ba loại phân rã β khác A Z XN ● ● ● Phân rã β − tạo phát electron A Z XN ● ′ A Z+1 X N + e− + νe → ′ A Z−1 X N +1 ● + e+ + ν e Trong trình thứ ba, electron (của nguyên tử) gần hạt nhân bị proton hấp thụ biến thành neutron Hà Nội November 2015 A ′ Z−1 X N +1 + νe Cả ba trình phát neutrino Tuy nhiên neutrino không mang điện nên việc đưa thêm vào không ảnh hưởng đến chất hạt sinh Trong phân rã β âm dương, khối lượng hạt sinh tuân theo công thức m = E/c2 Tuy nhiên, electron positron không tồn hạt nhân trước phân rã xảy Ngược lại, trường hợp phân rã α, hạt xạ hình thành hạt nhân trước phân rã ✦ Phân rã β điển hình Phân rã β + tạo phát positron A Z XN ● → + e− → (4) ● ● 131 Phân rã β âm : 131 53 I78 → 54 Xe77 với chu kỳ bán rã t1/2 = ngày 25 Phân rã β dương : 25 13 Al12 →12 Mg13 với chu kỳ bán rã t1/2 = 7.2 giây 54 Chiếm electron K : 54 25 Mn29 →24 Cr30 với chu kỳ bán rã t1/2 = 312 ngày NGUYỄN MẬU CHUNG Phân rã β ✦ Phân rã neutron ● Năng lượng phân rã β Neutron tự phân rã n → p + e + νe với t1/2 = 885.7 giá trị Q ● − Q = = ✦ Chiếm electron ● (mn − mp − me − mνe )c2 0.782 MeV − mνe c2 Bỏ qua lượng liên kết electron Qβ − ● = = A ′ [M (A Z X) − M (Z+1 X ) − me ]c A ′ [m(A Z X) − m(Z+1 X )]c Giá trị Qβ − chia sẻ chủ yếu electron neutrino Qβ − = Te +Eνe nên hai nhận giá trị cực đại (Te )max = (Eνe )max = Qβ − ✦ Phân rã β + ● Tính toán tương tự trường hợp β − Qβ − Hà Nội November 2015 = = Năng lượng phân rã Qβ − ✦ Phân rã β − ● Hai khối lượng electron không loại trừ nên ngưỡng phân rã ∆m > 2me c2 A ′ [M (A Z X) − M (Z−1 X ) − me ]c A ′ [m(A Z X) − m(Z+1 X ) − 2me ]c (5) ● = A ′ [m(A Z X) − m(Z+1 X ) − Bn ]c Bn lượng liên kết electron lớp n Quá trình chiếm electron phát neutrino đơn (bỏ qua lượng giật lùi) kèm theo tia X electron lớp chuyển vào lớp Hạt nhân 23 Ne 25 Al 15 O 124 I 99 Tc 41 Ca loại β− β+ ǫ β+ β− ǫ Q (MeV) 4.38 3.26 2.75 2.14 0.29 0.43 t1/2 38 s 7.2 s 1.22 s 4.2 d 2.1 × 105 y 1.0 × 105 y NGUYỄN MẬU CHUNG Phân rã β Phổ phân rã phóng xạ ✦ Liên tục hay gián đoạn ● Ba loại phân rã phóng xạ α, β, γ có dạng động học A ZX A−4 Y +α →Z−2 A ZX − →A Z+1 Y + e X∗ → X + γ với hai hạt trạng thái cuối ● Tuy nhiên, phân rã α phân rã γ có phổ gián đoạn (phổ vạch), phổ phân rã β có dạng liên tục với lượng nhận từ đến giá trị cực đại ✦ Mâu thuẫn ● Chuyển từ giới vĩ mô sang giới vi mô tương đương từ kinh điển sang lượng tử hay từ liên tục sang gián đoạn Phân rã β tượng vi mô phổ liên tục Hà Nội November 2015 (6) NGUYỄN MẬU CHUNG Phân rã β Phổ lượng β ✦ Phổ β liên tục ● Đo lượng nhũ tương ảnh cho thấy phổ lượng β liên tục, phổ lượng phân rã α γ gián đoạn ● ● electron với phương pháp khác Đếm số electron theo nhóm sau bị lệch từ trường đo lượng thông qua trình ion hóa Kết thu không thay đổi : phổ lượng electron liên tục ✦ Giải thích ● ● ● Trong phân rã β, electron có lượng với giá trị từ đến Emax ● ✦ Chadwick kiểm chứng ● ● Cho electron từ phân rã β qua từ trường nhằm tách khỏi hạt khác Làm thí nghiệm khác với nguồn β khác Đo lượng Hà Nội November 2015 (7) ● Thí nghiệm đo động electron, toàn lượng sinh phân rã β Mẫu chất phóng xạ không chứa hạt nhân phóng xạ chưa phân rã mà chứa hạt nhân bền lẫn hạt nhân sinh từ phân rã trước Electron sinh có lượng nhau, lượng theo mức độ khác khác qua vật chất chứa nguồn phóng xạ, nên có động khác Cần thực thí nghiệm đo toàn lượng sinh phân rã β NGUYỄN MẬU CHUNG Phân rã β Khẳng định phổ liên tục : Ellis Wooster ✦ Phương pháp ● ● Toàn lượng sinh phân rã β xác định thông qua nhiệt lượng Q hấp thụ nhiệt lượng kế Xác định lượng cho phân rã E = Q/n, biết tổng số n = I∆t phân rã β ✦ Lập luận ● ✦ Thiết bị thí nghiệm ● ● ● Đặt nguồn phóng xạ vào nhiệt lượng kế cách nhiệt tốt cấu tạo từ ống chì dài 13 mm, đường kính 3.5 mm, với lỗ đường kính mm Nguồn phóng xạ β − 210 Bi tạo thành lớp mỏng cách điện phân (nhằm xác định xác hoạt độ phóng xạ I) phủ lên dây platinum Dây đặt ống đồng thau nằm khít bên ống chì Đồng thau hấp thụ α sinh từ polonium, sản phẩm phân rã 210 Bi Thí nghiệm tinh tế nhiệt độ tăng khoảng phần ngàn độ Hà Nội November 2015 (8) ● Nếu electron sinh phân rã β − với lượng xác định trường hợp phân rã α, phần động khác tương tác với môi trường vật chất tùy theo cách electron thoát khỏi nguồn, giá trị đo giá trị cực đại phổ lượng electron Chadwick Trường hợp ngược lại, electron sinh với lượng < E < Emax , giá trị thực nghiệm đo gần với giá trị trung bình ✦ Kết ● ● Năng lượng cho phân rã β 0.35 MeV, gần với giá trị trung bình phổ lượng β từ nguồn 210 Bi, thấp nhiều giá trị cực đại khoảng MeV Loại trừ khả phổ phân rã β bị biến dạng electron qua vật chất NGUYỄN MẬU CHUNG Giả thuyết neutrino Giả thuyết neutrino ✦ Đề xuất Pauli ● Trước mâu thuẫn trên, Borh cho định luật bảo toàn lượng không cho trình vi mô, cấp độ vĩ mô, lượng bảo toàn ✦ Tìm kiếm neutrino ● ● ● ● Không đồng ý với đề nghị trên, Pauli đưa giải pháp khác, cách thêm vào trình phân rã β hạt thứ ba trung hòa điện q = 0, với khối lượng nhỏ m ≈ Trong trình nghiên cứu phản ứng neutron với nguyên tố nặng, dựa theo mô hình QED, Fermi đưa lý thuyết phân rã β đặt tên hạt giả định neutrino Theo lý thuyết Fermi phân rã neutron có dạng n → p + e− + νe Hà Nội November 2015 (9) ● ● Ngay sau xuất báo Fermi vào năm 1934, James Chadwick làm việc phòng thí nghiệm Cavendish Cambridge với D.E Lea khảo sát khả xuyên qua vật chất neutrino Họ sử dụng dung dịch chứa Bismuth 210, đặt cách detector cm với lớp chì che chắn dày 5.8 cm Electron phát bị chì hấp thụ, neutrino sau bị hãm chì vào detector Chadwick Lea không đo tín hiệu dùng lớp che chắn dày nhất, họ đánh giá neutrino có khả xuyên qua 150 km không khí trước tương tác với nguyên tử Một năm sau đó, sau thực thí nghiệm tương tự trạm xe điện ngầm Holborn, London mặt đất 30 m, M.E Nahmias mở rộng khoảng bay tự neutrino đến 31 000 km NGUYỄN MẬU CHUNG Giả thuyết neutrino ✦ Đánh giá Bethe ● Phản ứng β ngược Có thể phát neutrino thông qua trình hấp thụ neutrino hạt nhân, thường gọi trình phân rã beta ngược trái đất mặt trời ✦ Pauli lúng túng ● ν e + p → n + e+ neutrino tương tác với proton sinh neutron positron ● ● ● Xuất phát từ số liệu thực nghiệm trên, hai nhà vật lý Đức Hans Bethe Rudolf Peierls tính toán xác suất hấp thụ neutrino thu tiết diện hiệu dụng σ = 10−44 cm2 , nhỏ cách kỳ lạ Để hấp thụ neutrino, cần lớp nước dày 1021 cm, tương đương 1000 năm ánh sáng hay 63 triệu lần khoảng cách Hà Nội November 2015 (10) ● Pauli bị đặt vào tình khó xử Pauli lo sợ đề xuất sai, ảnh hưởng đến thành công ông học lượng tử, thành công sau mang lại cho ông giải Nobel năm 1945 nguyên lý loại trừ Pauli Sau nhiều lần trăn trở có nên nói công khai neutrino hay không, ngày tháng 12 năm 1930, Pauli viết thư đến người tổ chức hội nghị Tubingen Pauli yêu cầu hội nghị lắng nghe người mang thư trình bày đề xuất tồn neutrino; neutrino giúp giải thích phổ liên tục phân rã β Pauli xin lỗi không tham dự hội nghị Tubingen bận tham gia hội làng không rõ điều quan trọng hơn, hội làng hay khả tồn hạt NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SuperK Tỷ số neutrino N (νµ)/N (νe) ● ● ● ● ● Theo mô hình trên, dải lượng GeV, tỷ số thông lượng phản ánh thông qua tỷ số số lần tương tác muon số lần tương tác electron thứ cấp Tỷ số N (νµ )/N (νe ) bị ảnh hưởng chút việc số muon lượng cao đến bề mặt trái đất mà không bị phân rã Trong trường hợp thí nghiệm thu tỷ số gần giá trị giá trị 2, bắt đầu có dấu hiệu khả dao động neutrino Vào đầu năm 1990, tất thí nghiệm nghiên cứu neutrino khí đo tỷ số N (νµ )/N (νe ) nhỏ 2, cho thấy khả νµ bị Ở đây, khảo sát νµ νe trường hợp neutrino mặt trời Trên thực tế, tỷ số trung bình quan sát Hà Nội November 2015 (46) ● ● ● thực nghiệm nhận giá trị từ 1.3 đến dẫn đến suy đoán neutrino muon biến đổi sang loại khác May mắn thay, lượng neutrino khí vào khoảng GeV, định ảnh hưởng từ trường trái đất lên tia vũ trụ sơ cấp, kết hợp với bán kính trái đất có bậc độ lớn với bước sóng dao động neutrino định hiệu khối lượng neutrino Do neutrino có ba trạng thái riêng khối lượng nên có hai hiệu khối lượng neutrino độc lập, hiệu số lớn tương ứng với neutrino khí quyển, hiệu số nhỏ tương ứng với neutrino mặt trời Điều khẳng định thông qua việc detector đo phương tới neutrino phát nhằm nghiên cứu phụ thuộc góc phương vị tỷ số neutrino nói NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SuperK Phân biệt νµ νe ● ● ● ● ● Khi neutrino với lượng lớn GeV tương tác với hạt nhân nước, vận tốc electron muon sinh lớn vận tốc ánh sáng nước Do đó, sóng ánh sáng hay xạ Cerenkov phát ra, tương tự sóng âm phát máy bay chuyển động nhanh vận tốc âm không khí Bức xạ Cerenkov ghi nhận detector sử dụng để xác định loại hạt sinh xạ Vùng nước bên có tác dụng ngăn chặn hạt tích điện từ bên vào Khoảng 1200 PM đặt để phát muon vào detector hay từ detector Thiết bị cho phép xác định loại, lượng hướng bay neutrino Chúng ta phân biệt muon electron dựa theo hình ảnh xạ Cherenkov ghi nhận Hà Nội November 2015 (47) ống nhân quang điện ● ● Bức xạ Cherenkov từ muon sinh neutrino muon tạo nên hình tròn rõ nét PM Bức xạ Cherenkov từ mưa rào electron sinh neutrino electron tạo nên hình tròn không rõ nét kết chồng chất nhiều hình nón NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SuperK N (νµ)/N (νe) theo góc phương vị ● Việc neutrino muon hao hụt giải thích neutrino xuống (đi trực tiếp từ khí bên chúng ta) phải trải qua quãng đường khoảng hai mươi km νµ ντ sin 2θ = 1.0 ∆m = 2.2 10 −3 eV Null oscillation 2- flavour oscillations Best fit µ-like : induced by νµ e-like : induced by νe 500 400 Sub-GeV Multi-R µ-like 400 300 300 200 200 100 -1 -0.5 cos θ 0.5 Sub-GeV µ-like 100 Sub-GeV e-like -1 80 200 40 100 cos θ 0.5 -1 Multi-GeV µ-like 300 120 -0.5 -0.5 cos θ 0.5 Multi-GeV Multi-R µ-like Multi-GeV e-like 0 -1 ● ● Trong neutrino muon đến từ bên trái đất phải bay qua khoảng 12500 km trước ghi nhận detector Tất khả trung gian xảy ra hình bên Hà Nội November 2015 (48) -0.5 cos θ 0.5 -1 -0.5 cos θ 0.5 -1 ~12500 km ~500 km ~20 km ● -0.5 cos θ 0.5 Saji, NOON2004 Các làm khớp tối ưu nhận sin2 2θatm = 1.0 ∆m2atm = 2.2×10−3 eV2 NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SuperK Thí nghiệm K2K ● Kết thí nghiệm SuperKamiokande khẳng định năm 2002 thí nghiệm K2K ● gần máy gia tốc Rõ ràng phải khớp lượng νµ ban đầu để có tỷ số L/E tương ứng với ∆m2atm = 2.2 × 10−3 eV2 biết ● ● Chùm neutrino muon nhân tạo lượng khoảng vài trăm MeV sinh từ máy gia tốc proton KEK Tsukuba gần Tokyo (bờ biển phía đông Nhật bản) gửi sang detector Super Kamiokande cách xa 250 km (bờ biển phía tây Nhật bản) Người ta phát dao động neutrino cách so sánh tỷ số neutrino ghi nhận detector Super Kamionkande với số neutrino ghi nhận detector đặt Hà Nội November 2015 (49) Data/Prediction (null osc.) 1.8 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 10 10 10 10 L/E (km/GeV) ● Kết hình dạng tỷ số kiện quan sát giá trị kỳ vọng lý thuyết trường hợp không xảy dao động Số liệu cho thấy rõ ràng tỷ số lệch khỏi đơn vị, đặc biệt giá trị L/E lớn NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SuperK Nobel năm 2002 Do đóng góp tiên phong vật lý thiên văn, đặc biệt phát neutrino từ vũ trụ ✦ Raymond Davis (Homestake) Hà Nội November 2015 ✦ Masatoshi Koshiba (SuperK) (50) NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SNO Phương pháp D2O ● Trong năm 1990, điều rõ ràng đối mặt với thiếu hụt νe sai sót đánh giá thông lượng neutrino mặt trời ● ● ● Bằng chứng dao động neutrino hay lời giải cho vấn đề neutrino mặt trời xác lập thí nghiệm Sudbury Neutrino Observatory (SNO) Canada năm 2002 Thí nghiệm sử dụng detector Cerenkov nước thí nghiệm Super Kamiokande, thay cho nước thường nước nặng D2 O có ngưỡng phản ứng khoảng MeV Hà Nội November 2015 (51) ● ● Năm 1984,tại hội thảo Homestake, Herb Chencho thấy nước nặng D2 O thể sử dụng để lúc phát loại neutrino khác nhau, sinh từ chu trình B phản ứng nhiệt hạch mặt trời Tháng 09 năm 1984 hợp tác SNO thành lập thức để nghiên cứu khả xây dựng detector đo neutrino mặt trời, sử dụng nguồn dự trữ nước nặng dồi Canada Deuterium nước nặng cho phép phát ba loại neutrino có khả tìm lời giải cho vấn đề neutrino mặt trời Ủy ban lượng nguyên tử Canada (AECL) cho biết họ cho mượn 1000 nước nặng chưa cần thiết dành cho loại lò phản ứng hạt nhân CANDU kiểu Năm 1990, Viện SNO thành lập McDonald lãnh đạo NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SNO Dòng tích điện W − ● Khi neutrino tiến gần deuterium phản ứng trao đổi dòng tích điện yếu xảy ● ν e + n → p + e− Thông lượng đo từ phản ứng làm tách deuteron thành proton electron thực electron, khoảng 1/3 giá trị tiên đoán Phản ứng biến đổi neutron deuterium thành proton neutrino thành electron ν e + d → p + p + e− ● ● ● d ký hiệu deuteron Do khối lượng nhỏ, electron nhận hầu hết lượng lớn neutrino ban đầu phát thông qua xạ Cherenkov đo PMT Tín hiệu PMT cho phép xác định lượng phân bố góc neutrino Phổ lượng biến dạng so với tiên đoán lý thuyết trường hợp xảy dao động Mô hình chuẩn dự đoán xảy khoảng 30 kiện dòng tích điện ngày detector SNO Hà Nội November 2015 (52) ● Như vậy, khoảng 2/3 neutrino electron biến thành neutrino muon neutrino tauon trước phát mặt đất NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SNO Dòng trung hòa Z ● Việc sử dụng nước nặng cho phép phát tất neutrino tất flavor khác nhau, neutrino phá vỡ D2 O thành proton neutron ● να + d → p + n + να ● ● ● α ký hiệu lepton (e, µ, τ ) Trong phản ứng tương tác yếu thực thông qua trao đổi boson Z không mang điện, nên mang tên phản ứng dòng trung hòa Neutron giải phóng bị nhiệt hóa tán xạ môi trường nước nặng Phản ứng phát thông qua tia gamma phát neutron bị bắt giữ hạt nhân khác Đến lượt mình, tia gamma tán xạ electron làm sinh xạ Cherenkov Trong phản ứng dòng trung hòa, tiết diện hiệu dụng cho phản ứng không phụ thuộc vào loại lepton tính chất phổ biến Hà Nội November 2015 (53) ● tương tác lepton Hiệu suất phát phụ thuộc vào khả bắt neutron sinh chùm tia gamma Mô hình chuẩn tiên đoán khoảng 30 neutron sinh ngày SNO phản ứng dòng trung hòa, Như tiết điện hiệu dụng không phụ thuộc việc dao động xảy hay không Do thông lượng đo phù hợp với giá trị tiên đoán lý thuyết cho phép xác định tính chất đắn mô hình chuẩn mặt trời NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SNO Tán xạ electron ● khoảng 1/3 neutrino electron 2/3 neutrino muon neutrino tauon Tất loại neutrino phát thông qua phản ứng να + e− → ν α + e− ● ● ● ● Phản ứng xảy với nước nặng mà chế cho loại detector nước nhẹ khác Mặc dù phản ứng xảy với tất loại neutrino, kết xảy với neutrino electron xảy nhiều sáu lần thực thông qua trao đổi W − Trong trạng thái cuối lượng chia xẻ neutrino electron nên có thông tin phổ lượng thu từ phản ứng Mô hình chuẩn tiên đoán khoảng kiện electron bị tán xạ neutrino xảy ngày detector SNO Thông lượng cho phản ứng pha trộn Hà Nội November 2015 (54) ● ● Do tiết diện phản ứng να +e− → να +e− khác cho νe νµ , ντ , tốc độ phản ứng phải nhỏ giá trị tính toán cho trường hợp không xảy dao động Số liệu thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với giả thuyết NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SNO ● ● ● ● Detector SNO Thiết bị đặt độ sâu 2070m mỏ Creighton gần Sudbury, Ontario, Canada Việc xây dụng hầm chứa detector năm 03/1990 kết thúc 05/1993 Bình chứa nước nặng đường kính 12 m, dày cm nhúng ngập nước nhẹ để ngăn chặn tia gamma neutron sinh phóng xạ môi trường xung quanh Hệ thống nước phải đảm bảo siêu sạch, đặc biệt lượng phóng xạ từ họ Uranium Thorium phải giảm xuống khoảng 10−6 so với nước tự nhiên Với 1000 nước nặng, tạp chất phải nhỏ 10−14 g/g, với 7000 nước nhẹ, tạp chất phải giữ mức 10−13 g/g SNO sử dụng PMT đường kính in, với vỏ thủy tinh (chứa chất phóng xạ) chế tạo Đức, dynodes lắp Nhật, hệ thống DAQ Canada Khoảng 104 PMT lắp vào hệ thống giá đỡ đường kính 18 mét bao xung quanh bình chứa nước nặng Hà Nội November 2015 (55) NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SNO Phát loại neutrino Hà Nội November 2015 (56) NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SNO Đo neutron từ D2O ● ● ● Electron sinh phản ứng phát thông qua xạ Cherenkov Nhiễu chủ yếu muon tia vũ trụ loại trừ tín hiệu đối xứng từ hai phía detector Số liệu thu nhận hai năm 2001 2002 cho thấy thực νe biến đổi sang loại neutrino khác Hiệu suất bắt giữ neutron nhiệt deuterium không nhiều, khoảng 25 % neutron bị phát thể tích D2 O, nên thí nghiệm SNO sử dụng hai hệ thống để tăng hiệu suất ghi dòng trung hòa ● ✦ Sử dụng ống đếm tỷ lệ ● ✦ Sử dụng NaCl ● Giải pháp thực năm 2003 cách hòa thêm NaCl nhằm tăng độ xác phép đo cho loại neutrino Nguyên tử chlorine (35 Cl) có tiết diện hấp thụ hiệu dụng neutron nhiệt cao, sinh chùm tia gamma có lượng với Hà Nội November 2015 (57) đỉnh nằm quanh giá trị MeV Hiệu suất hấp thụ neutron tăng lên đến khoảng 83% Phông chủ yếu trình neutron sinh phản ứng quang phân rã deutron, xuất chủ yếu từ gamma với lượng 2.45 MeV 2.63 MeV họ phân rã 232 Th 238 U Những biện pháp xử lý đặc biệt thực nhằm đảm bảo muối ăn sử dụng có độ tinh khiết cao ● Sau NaCl lọc khỏi D2 O, giàn ống đếm tỷ lệ đặt vào detector để tăng khả đo neutrino Thí nghiệm cho phép xác định tỷ số νe loại neutrino Detector phát dòng trung hòa (NCD) ống đếm tỷ lệ sử dụng Helium3 (3 He) treo thành mạng lưới D2 O He có tiết diện hấp thụ hiệu dụng NGUYỄN MẬU CHUNG Thí nghiệm SNO Kết thực nghiệm Φe = (1.76 ± 0.1) × 106 cm−2 s−1 Φexp = (5.17 ± 0.47) × 106 cm−2 s−1 Φthe = (5 ± 1) × 106 cm−2 s−1 + 0.48 - 0.45 φSSM SNO φNC 3.41±0.45 1 1.76 ± 0.05 ± 0.09 φe (106 cm−2s−1) Giá trị góc pha trộn θsol = 32.5◦ ± 1.6◦ ● phù hợp với tiên đoán lý thuyết Bahcall Hà Nội November 2015 ● SNO φCC Sau loại trừ nhiễu, thí nghiệm SNO nhận thông lượng toàn phần neutrino neutrino từ mặt trời SNO φES ✦ Thông lượng neutrino ● Thông lượng neutrino electron (106 cm−2s−1) ● ● φα = φµτ ● neutron nhiệt cao sinh cặp protontriton lượng lớn tạo thành tín hiệu ống đếm Khoảng 800 mét ống đếm tỷ lệ bố trí đồng thành dây dài 11 mét thể tích D2 O Do thể tích lớn nên ống đếm phải chế tạo từ vật liệu siêu Ống đếm chế tạo phương pháp ngưng đọng hóa học đặc biệt nhằm tạo nickel siêu với mức uranium thorium vài phần nghìn tỷ theo khối lượng Hiệu số bình phương khối lượng ∆m2sol = 7.1 ± × 10−5 eV2 Giá trị sai khác ∆m2sol thật nhỏ bé ! (58) NGUYỄN MẬU CHUNG Kết luận Neutrino dao động Hà Nội November 2015 (59) NGUYỄN MẬU CHUNG Kết luận Các vấn đề tồn ✦ Neutrino vô sinh ✦ Khối lượng, góc pha trộn ● ● ● Hiện biết hiệu số bình phương khối lượng ∆m2sol ∆m2atm , chưa biết giá trị cụ thể khối lượng loại neutrino Để làm điều cần phải thực phép đo xác, phép đo phổ lượng β phân rã tritium Hiện nay, giới hạn khối lượng cho kiểu thí nghiệm eV/c2 , hy vọng giảm giá trị xuống 0.2 eV/c2 Vũ trụ học phép đo phông vũ trụ cho thấy tổng khối lượng ba neutrino mi < 0.7 eV/c2 Chúng ta xác định hai số ba góc pha trộn, góc thứ ba nhỏ Chúng ta chưa xác định pha δ cho phép vi phạm đối xứng CP lĩnh vực neutrino lẫn chế sinh khối lượng neutrino Hà Nội November 2015 (60) ● ● Trong mô hình chuẩn chỗ cho neutrino với helicity dương, không tham gia tương tác với hạt khác Việc tồn neutrino với helicity dương sinh hiệu ứng cho quan sát gián tiếp Chúng ta xây dựng số hạng khối lượng sử dụng neutrino với helicity dương, nghĩa số hạng khối lượng Dirac ✦ Neutrino Majorana ● ● Cách thứ hai xây dựng số hạng khối lượng dùng liên hợp điện tích neutrino Neutrino phản hạt mình, chúng khác helicity Người ta cố chứng minh tính xác thực lý thuyết Majorana, cách quan sát phân rã β kép không phát neutrino Phân rã bị cấm tính đến bảo toàn số lepton phép neutrino có khối lượng NGUYỄN MẬU CHUNG