Thực nghiệm hợp tác quốc tế này được gọi là Quan sát Neutrino Sudbury (SNO+), đặt tại một mỏ cũ ở Sudbury, Ontario, cách một lò phản ứng hạt nhân gần nhất xấp xỉ 240 km, để dò các hạt hạ nguyên tử mà người ta vẫn gọi là các phản neutrino bằng nước tinh khiết.  Klein lưu ý là các thực nghiệm trước đều quan sát hạt neutrino bằng một chất lỏng phát sáng nhấp nháy, một môi trường giống dầu có thể tạo ra nhiều ánh sáng khi các hạt mang điện tích như các electron hoặc proton đâm xuyên qua.

“Có được máy dò cách xa lò phản ứng, có được lượng chất lỏng phát sáng cần thiết vốn rất đắt đỏ”, Klein nói. “Vì vậy công việc của chúng tôi là chứng tỏ là những máy dò quy mô lớn có thể được thiết kế để dò dược neutrino chỉ bằng nước”.

Hạt neutrino và phản neutrino là gì và tại sao phải quan tâm?

Klein giải thích, các hạt neutrino và các hạt phản neutrino đều là những hạt hạ nguyên tử bé nhỏ nhưng nhiều vô số trong vũ trụ và được coi là những khối cơ bản của vật chất. Tuy vậy các nhà khoa học lại vô cùng khó dò được chúng do những tương tác của chúng với các vật chất khác rất hiếm khi xảy ra và bởi chúng có thể đâm xuyên qua bất kỳ vật thể nào. Nhưng điều đó không có nghĩa là chúng có hại: gần 100 nghìn tỉ hạt neutrino xuyên qua cơ thể chúng ta mỗi giây mà chúng ta không thể nhận biết.

Những đặc tính đó, tuy nhiên lại khiến những hạt khó nắm bắt đó vô  cùng hữu ích để hiểu một phạm vi rộng các hiện tượng vật lý, như sự hình thành của vũ trụ và nghiên cứu về các vật thể thiên văn ở khoảng cách xa, và chúng “có những ứng dụng thực tế khi chúng được sử dụng để giám sát các lò phản ứng hạt nhân và có tiềm năng dò những hoạt động hạt nhân bí mật”, Klein nói.

Chúng đến từ đâu?

Trong khi các hạt neutrino được tạo ra từ những phản ứng năng lượng cao như các phản ứng hạt nhân trong các ngôi sao, phản ứng nhiệt hạch của of hydrogen thành helium trong mặt trời nơi các proton và các hạt khác va chạm và giải phóng các hạt neutrino như một sản phẩm đi kèm, còn các hạt phản neutrino, Klein nói, lại thường được tạo ra một cách nhân tạo, “ví dụ, các lò phản ứng hạt nhân phân tách các hạt nhân nguyên tử, tạo ra các phản neutrino như kết quả của một phân rã beta từ phản ứng này”, ông nói. “Các lò phản ứng hạt nhân tạo ra một lượng lớn phản neutrino khiến chúng trở thành một nguồn lý tưởng để nghiên cứu chúng”.

Tại sao phát hiện mới lại là một đột phá?

“Vì vậy việc giám sát các lò phản ứng bằng việc đo đạc các phản neutrino của chúng có thể nói với chúng tôi là liệu các lò phản ứng này hoạt động hay không”, Klein nói, “và có lẽ ngay cả nhiên liệu hạt nhân gì được đốt trong lò phản ứng nữa”.

Klein giải thích, có thể giám sát một lò phản ứng trong một đất nước xa xôi là đất nước đó có đang chuyển từ một lò phản ứng nhiên liệu sang làm giàu vật liệu hạt nhân và có khả năng trở thành vũ khí hạt nhân hay không. Thực hiện đánh giá này với nước có nghĩa là đảm bảo một quốc gia thực thi đúng cam kết về sử dụng hạt nhân vì mục đích hòa bình, ví dụ như vậy.

Tại sao thực nghiệm như vậy chưa từng được thực hiện trước đây?

“Các hạt phản neutrino từ lò phản ứng hạt nhân đều có mức năng lượng rất thấp, và do đó một máy dò phải được đảm bảo vô cùng tinh sạch khỏi các vết phóng xạ”, Klein nói. “Thêm vào đó, máy dò phải được ‘kích hoạt’ ở một ngưỡng đủ thấp để có thể dò được các sự kiện”.

Ông nói rằng với một lò phản ứng cách xa 240km, điều quan trọng là lò phản ứng phải chứa ít nhất 1.000 tấn nước. SNO+ hội tụ tất cả những tiêu chuẩn đó.

Klein hướng dẫn các học trò cũ Tanner Kaptanglu và Logan Lebanowski cho nỗ lực tiên phong này. Trong khi ý tưởng đo đạc là một phần của luận văn tiến sĩ của Kaptanglu thì Lebanowski, một nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ, giám sát việc vận hành.

“Với thiết bị mà nhóm nghiên cứu của chúng tôi có, chúng tôi đã thiết kế và xây dựng mọi dữ liệu mà các thiết bị điện tử thu thập được và phát triển máy dò ‘kích hoạt’ hệ thống, vốn là điều cho phép SNO+ có được ngưỡng năng lượng đủ thấp để dò các phản hạt neutrino từ lò phản ứng”.

Kết quả nghiên cứu được nêu trong “Evidence of Antineutrinos from Distant Reactors Using Pure Water at SNO+” trên tạp chí Physical Review Letters 1 .

Nguồn: tiasang.com.vn