Khám phá mới trong lõi Mặt trời

Bằng một trong số các máy dò neutrino nhạy nhất trên hành tinh, nhóm các nhà vật lý gồm Andrea Pocar, Laura Cadonati và nghiên cứu sinh tiến sĩ Keith Otis tại Đại học Massachusetts Amherst công bố trên tạp chí Nature rằng lần đầu tiên họ đã phát hiện trực tiếp neutrino được tạo ra bởi các quá trình tổng hợp nhiệt hạch proton-proton (pp) xảy ra ở lõi mặt trời.

Phản ứng pp là bước đầu tiên của chuỗi phản ứng chịu trách nhiệm khoảng 99% năng lượng của Mặt trời, Pocar giải thích. Neutrino mặt trời được sinh ra trong các quá trình hạt nhân và phân rã phóng xạ của các nguyên tố khác nhau trong các phản ứng nhiệt hạch trong lõi của Mặt trời. Những hạt này bắn ra khỏi ngôi sao ở vận tốc gần tốc độ ánh sáng, với số lượng lên tới 420 tỷ hạt trên mỗi inch vuông của bề mặt Trái đất trong mỗi giây.

Do chỉ tương tác thông qua lực lượng hạt nhân yếu, nên chúng đi qua vật chất hầu như không gây ảnh hưởng gì, làm cho chúng rất khó phát hiện và phân biệt với các dấu vết phân rã hạt nhân của các vật liệu thông thường, ông nói thêm.

Nhà vật lý này, một nghiên cứu viên chính trong nhóm hơn 100 nhà khoa học, cho biết: "Với những dữ liệu neutrino mới nhất, chúng tôi trực tiếp nhìn vào nơi xuất phát của quá trình sản xuất năng lượng lớn nhất của Mặt trời, hay chuỗi các phản ứng, xảy ra trong lõi đậm đặc và rất nóng của nó. Nếu như ánh sáng chúng ta nhìn thấy trong đời sống hàng ngày đi đến chúng ta từ Mặt trời trong khoảng tám phút, thì phải mất hàng chục ngàn năm để năng lượng tỏa ra từ tâm Mặt trời được phát ra dưới dạng ánh sáng".

"Bằng cách so sánh sự bức xạ của hai loại năng lượng mặt trời khác nhau, neutrino và ánh sáng bề mặt, chúng tôi có được thông tin thực nghiệm về trạng thái cân bằng nhiệt động lực học của Mặt trời trong một khoảng niên đại 100.000 năm," Pocar cho biết thêm. "Nếu đôi mắt là cửa sổ tâm hồn, thì với những neutrino, chúng tôi không chỉ đang nhìn thấy khuôn mặt của Mặt trời, mà trực tiếp vào lõi của nó. Chúng tôi đã thoáng thấy linh hồn của Mặt trời".

"Theo như chúng tôi biết, neutrino là cách duy nhất chúng ta có để nhìn vào bên trong của Mặt trời. Các neutrino trong phản ứng nhiệt hạch này, được phát ra khi hai proton tổng hợp tạo thành một deuteron, là vô cùng khó nghiên cứu. Đó là bởi vì chúng có năng lượng thấp, trong phạm vi có vô số phóng xạ tự nhiên che lấp tín hiệu từ sự tương tác của chúng".

Thiết bị Borexino, nằm ​​sâu bên dưới dãy núi Apennine của Italia, phát hiện ra các neutrino khi chúng tương tác với các electron của một bộ hiện sáng (scintillator) bằng chất lỏng hữu cơ siêu sạch ở tâm của một quả cầu lớn có 1.000 tấn nước bao quanh. Độ sâu và nhiều lớp bảo vệ giống củ hành giữ cho lõi này như là một môi trường không phóng xạ tốt nhất trên hành tinh.

Thật vậy, nó là máy thăm dò duy nhất trên Trái đất có khả năng quan sát toàn bộ quang phổ của neutrino mặt trời cùng một lúc. Neutrino có ba loại, hay "hương vị." Những neutrino từ lõi của Mặt trời là loại "điện tử", và khi di chuyển ra khỏi nơi sinh của mình, chúng dao động hay thay đổi giữa hai loại khác, "muon" thành "tau". Với kết quả này cùng với các đo lường neutrino mặt trời trước, thí nghiệm Borexino đã khẳng định mạnh mẽ hành vi này của các hạt khó nắm bắt đó, Pocar nói.

Một trong những thách thức lớn trong việc sử dụng Borexino là sự cần thiết phải kiểm soát và định lượng chính xác tất cả bức xạ nền. Pocar nói scintillator hữu cơ tại trung tâm Borexino chứa đầy chất lỏng giống benzen chiết xuất từ "dầu mỏ rất rất lâu đời, hàng triệu năm tuổi", một trong những loại lâu đời nhất mà họ có thể tìm thấy trên Trái đất.

"Chúng tôi cần điều này bởi vì chúng tôi muốn tất cả Carbon-14 được phân rã, hoặc càng nhiều càng tốt, bởi vì phân rã beta cacbon-14 che lấp các tín hiệu neutrino mà chúng tôi muốn phát hiện. Chúng tôi biết chỉ có ba nguyên tử cacbon-14 trong mỗi tỷ tỷ nguyên tử trong scintillator, cho thấy chúng sạch đến mức nào".

Theo Vista.vn