18:26 16 Tháng Một 2021
Khoa học
URL rút ngắn
10
Theo dõi Sputnik trên

Nga đang chuẩn bị khởi động thí nghiệm RED-100 để nghiên cứu về sự tán xạ đàn hồi mạch lạc (Coherent) của neutrino (CENS) trong hạt nhân của các nguyên tử xenon (Xe) nặng. Vào tháng 11, thiết bị đã được chuyển đến địa điểm thử nghiệm - đến nhà máy điện hạt nhân Kalinin.

Trước đó, tại Hội thảo quốc tế trực tuyến về vật lý hạt nhân và vật lý thiên văn được tổ chức tại trường Đại học Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia Nga MEPhI (NRNU MEPhI) ở Matxcơva các chuyên gia đã báo cáo về kết quả nghiên cứu CENS trong nguyên tử argon (Ar).

Quá trình tán xạ đàn hồi mạch lạc của neutrino (CENS) trong hạt nhân nguyên tử đã được các nhà khoa học Liên Xô và Mỹ dự đoán vào năm 1974 trong khuôn khổ Mô hình Chuẩn của vật lý hạt - một thuyết bàn về các tương tác hạt nhân mạnh, yếu, và điện từ.

Trong năm 2017, các nhà khoa học đã thành lập tổ chức hợp tác quốc tế COHERENT để ghi nhận và nghiên cứu quá trình CENS. Về phía Nga, tham gia sự hợp tác này có các nhóm khoa học từ trường Đại học Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia Nga MEPhI (NRNU MEPhI) và Viện Vật lý Lý thuyết và Thực nghiệm mang tên Alikhanov.

Nhân viên của Phòng thí nghiệm Vật lý Hạt nhân Thực nghiệm thuộc NRNU MEPhI Alexander Kumpan, một trong những chuyên gia Nga tham gia hợp tác COHERENT, cho biết, “Kết quả quan trọng nhất mà chúng tôi thu được trong năm 2020 là việc lần đầu tiên ghi nhận quá trình CENS trong hạt nhân argon. Hiện nay, 40Ar là phần tử nhẹ nhất mà CENS được ghi nhận".

Theo nhà khoa học Nga, quá trình CENS đã được ghi bằng cách sử dụng máy dò ánh sáng argon lỏng CENNS-10. Máy dò này là một phần của Hệ thống phá vỡ nguồn neutron (Spallation Neutron Source - SNS) đặt tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, Mỹ.

Ngày nay, SNS là tổ hợp máy gia tốc tạo xung neutron mạnh nhất thế giới.

Một lợi thế độc đáo của sự hợp tác COHERENT là việc sử dụng máy gia tốc hạt điện thế cao. Các nhà khoa học biết về các hạt neutrino mang năng lượng cao và cũng biết, về mặt lý thuyết, vào thời điểm nào chúng bắt đầu tương tác với mục tiêu của máy dò.

Mô hình Chuẩn dự đoán tỷ lệ giữa xác suất của quá trình CENS với bình phương số neutron trong hạt nhân của nguyên tử mục tiêu. Các dự đoán của Mô hình Chuẩn đã được xác định qua các thí nghiệm trong giới hạn sai số.

Theo ông Alexander Kumpan, "quá trình tán xạ đàn hồi mạch lạc của neutrino là rất quan trọng theo quan điểm khoa học, vì đây là một kênh mới và độc lập để làm rõ hơn những khái niệm vật lý hiện đại và để tìm kiếm những khái niệm mới".

Ví dụ, việc nghiên cứu CENS là rất cần thiết để tìm hiểu quá trình hình thành siêu tân tinh. CENS là một trong những quá trình chính xảy ra khi một sao siêu mới sinh ra và đóng vai trò quan trọng trong quá trình suy sụp các ngôi sao neutron, bởi vì khoảng 99% năng lượng giải phóng trong quá trình sinh ra một siêu tân tinh là do neutrino mang đi.

Ngoài ra, sự tán xạ mạch lạc đàn hồi của neutrino mặt trời trong các hạt nhân mục tiêu sẽ là nền tảng chính cho thế hệ máy dò tiếp theo để tìm kiếm vật chất tối dưới dạng hạt nặng tương tác yếu (WIMP).

Điểm độc đáo của CENS là ở chỗ: không giống như nhiều quá trình khác liên quan đến các hạt cơ bản, CENS là một ứng dụng thực tế để giám sát trạng thái của các lò phản ứng hạt nhân bằng cách phân tích thông lượng bức xạ neutrino. Các máy dò neutrino hiện đại là những cấu trúc có trọng lượng nhiều tấn và kích thước tương đương với một nhà máy điện hạt nhân. Việc sử dụng hiệu ứng CENS sẽ cho phép tạo ra các hệ thống di động nhỏ gọn có thể đặt gần lò phản ứng. Những hệ thống như vậy sẽ hoạt động độc lập không liên quan đến quy trình công nghệ điều khiển lò phản ứng, có thể theo dõi trạng thái của lõi trong lò phản ứng, kể cả những thay đổi trong thành phần đồng vị của nhiên liệu trong quá trình hoạt động của lò phản ứng.

Từ tháng 7 năm 2017 đến tháng 12 năm 2018, các chuyên gia đã thực hiện thí nghiệm vật lý đầu tiên với argon lỏng làm mục tiêu neutrino. Quá trình xử lý dữ liệu đã được thực hiện độc lập bởi hai nhóm nhà khoa học ở Hoa Kỳ và Nga. Kết quả xử lý dữ liệu của cả hai nhóm đã giúp đưa ra kết luận về việc ghi lại thành công quá trình CENS đầu tiên với máy dò argon lỏng.

Hiện tại, máy dò CENNS-10 tiếp tục thu thập dữ liệu để đo lường chính xác hơn mặt cắt tương tác của neutrino với hạt nhân Ar trong quá trình CENS. Ngoài ra, để nghiên cứu kỹ lưỡng, thấu đáo hơn về quá trình CENS, các nhà khoa học đang phát triển máy dò CENNS-750 với khối lượng argon lỏng khoảng một tấn.