Detector SuperKamiokande nằm sâu 1 km dưới lòng đất bên trong mỏ quặng Mozumi ở thành phố Hida. Ảnh: Đài thiên văn Kamioka, ICRR (Viện Nghiên cứu Tia vũ trụ), Đại học Tokyo.
Các nhà vật lí tại Tokai-to-Kamioka (T2K) ở Nhật Bản đang kỉ niệm việc phát hiện đầu tiên ra neutrino trong cái là một trong những thiết bị lớn nhất thế giới dùng cho nghiên cứu những hạt hạ nguyên tử này.
Các nhà nghiên cứu đã bắn thành công một chùm neutrino từ synchrotron 50 GeV tại Phức hợp Nghiên cứu Máy gia tốc Proton Nhật Bản (J-PARC) trị giá 1,5 tỉ bảng Anh, đặt tại Tokai trên bờ biển miền đông nước Nhật, tại cái gọi là detector hạt gần đó, nằm cách vòng chính 200 m. Các nhà nghiên cứu trông đợi có được chùm neutrino trọn vẹn vào tháng 1 tới, với những kết quả đầu tiên từ T2K sẽ có trong thời gian một năm.
Neutrino tạo ra tại J-PARC bằng cách bắn các proton năng lượng cao vào bia graphite. Va chạm này tạo ra các pion, chúng phân hủy thành các muon – những người anh em nặng hơn của electron – và muon neutrino. Sau khi đi qua một detector gần đó, thiết bị xác định đặc trưng chùm neutrino, các muon neutrino được gửi đến detector khổng lồ SuperKamiokande, ở Hida, cách Tokai chừng 300 km về hướng tây bắc trên bờ biển phía tây nước Nhật.
50.000 tấn nước
Neutrino tương tác rất yếu với vật chất, cho nên detector SuperKamiokande gồm tới 11.146 ống nhân quang, mỗi ống đường kính 50 cm, và 50.000 tấn nước. Các ống nhân quang thu lấy bức xạ phát ra khi một neutrino tương tác với một phân tử nước.
Các neutrino tồn tại ở ba “mùi” – muon, electron và tau – dao động từ dạng này sang dạng khác khi chúng truyền đi trong không gian. Các nhà nghiên cứu tại J-PARC sẽ cố gắng đo sự dao động từ muon neutrino sang electron neutrino – “góc pha trộn” cuối cùng cho đến nay vẫn chưa đo được, gọi là theta-13.
J-PARC đã tạo ra những muon đầu tiên của nó từ bia graphite hồi tháng 9 năm 2007. Trong khi có lẽ nó còn đồng thời tạo ra các muon neutrino, nhưng chúng không được phát hiện ra vì detector gần đó vẫn đang trong quá trình xây dựng và chùm proton không đủ mạnh.
Giờ thì các nhà nghiên cứu tại J-PARC đã làm tăng năng lượng của chùm proton lên tới khoảng 100 kW – đủ mạnh để có thể tạo ra một chùm muon neutrino. “Thật là thoải mái khi thấy những sự kiện đầu tiên như thế trong detector”, theo Dave Wark thuộc trường Imperial College London và là người đồng phát ngôn quốc tế cho T2K.
Mặc dù rượu sake vẫn đang tuôn chảy khi các nhà vật lí làm lễ kỉ niệm, nhưng Wark phát biểu với physicsworld.com rằng vẫn còn có rất nhiều công việc cần phải làm, ví dụ như điều chỉnh chùm tia và tăng cường độ proton để thu được thông lượng neutrino lớn hơn. “Tôi nghĩ chúng ta sẽ có một hai chai sake để kỉ niệm và sau đó gửi một chai đến đấy [phòng thí nghiệm vật lí hạt CERN ở gần Geneva] vì tôi nghe nói họ sắp sửa cần đến vài ba chai càng sớm càng tốt”, Wark nói.
Các nhà khoa học tại J-PARC cũng sẽ sớm bắt đầu đưa vào sử dụng detector gần đó đang sắp hoàn thành, cái sẽ cho phép các nhà nghiên cứu mô tả đặc trưng sự phân bố năng lượng và cường độ của chùm neutrino trước khi nó được gửi đến detector SuperKamiokande. "SuperKamiokande đã được chuẩn bị chu đáo và sẵn sàng”, Wark nói.