Minh Giác Nguyễn Học Tài Chùa Liên Hoa, California, usa ấn hành 1997 o0o MỤc lụC

NEUTRINO

Neutrino là gì?

Là một hạt Vi phân Tiềm Nguyên tử được tạo ra đầy rẫy trong thời kỳ vũ trụ bành trướng.  Trọng khối rất nhỏ nhiệm, có thể chỉ bằng một phần ngàn tỉ (One Trillionth) của một Dương điện tử (Proton).  Neutrino di chuyển bằng với tốc độ của ánh sáng (300,000 cây số/giây hay 186,000 dặm/giây).

Ở đâu cũng có Hạt tử này.  Chúng tập trung chừng 500 đơn vị trong một centimét khối. Ðặc tính của nó là nóng và di động nhanh.  Neutrino  chỉ tồn tại trong 12 giây đồng hồ rồi tan biến đi.  Nó thuộc loại Chất tối lạ (Strange Dark matter).

Phe tán thành cho rằng Neutrino có Trọng khối, không Nạp điện, được xếp hạng như Lepton là loại Hạt nhẹ giống như Hạt Hadron và Boson (Phân tử căn bản truyền tải lực giữa các Phân tử).

Những Phân tử căn bản thường Tương tác với nhau nhờ ba lực: Lực Hạt nhân mạnh, Lực Yếu (gồm Ðiện từ lực và những tương tác yếu) và Trọng trường với mục đích giảm bớt cường lực.

Giống như Quang tử (Photon), những Phân tử này không có điện trong khi Meson và Baryon Tương tác mạnh.

Neutrino là Phân tử độc nhất có Tương tác yếu nên Neutrino là một phương tiện độc nhất để nghiên cứu các Yếu lực vì những Tương tác này không bị những tương tác mạnh và những Tương tác Ðiện từ ảnh hưởng.

Cho nên Tương tác của v, (Neutrino) được các Vật lý gia thí nghiệm kỹ lưỡng trong những Máy Gia Tốc Hạt Nhỏ (Accelerator).

Ðặc tính của Neutrino

         _      _

n   p+e  +  v

Năm 1953, qua những thí nghiệm, sự hiện hữu của Neutrino được kiểm chứng sau khi các Vật lý gia quan sát những Tương tác Neutrino tự do.

Năm 1961, Phòng Thí Nghiệm Quốc Gia Brookhaven, khi nghiên cứu hàng loạt những Tương tác (Neutrino) trong Máy Gia Tốc Tròn (Cyclotron) đã phát hiện hai loại Neutrino khác nhau: Electron Neutrino (Ve) liên kết với Phân tử Beta Hư thối, và Muon Neutrino liên kết với Hạt Pion Hư thối.

Vì không có Phân tử đối Hư thối của Neutrino, người ta cho rằng Ve (Electron Neutrino) không giống với Ðối Phân tử (Ve) của nó.

Vì vậy các Vật lý gia tin rằng có tất cả bốn loại Neutrino có tên là

                                      _     _     _                  

Cuối năm 1970, Hạt Lepton Nạp điện nặng tên là tau, được phát hiện cùng lúc với những  Hạt Lepton Nạp điện đã biết như Âm điện tử và Muon.

Sau đó, tau Neutrino và Ðối tau Neutrino được phát hiện.

Theo luật của Nguyên lượng Cơ học (Quantum mechanics), một Phân tử không Trọng khối như Neutrino với Nửa Ðộ Quay Tự nội (Half Intergrated spin) có thể quay sang phải hay sang trái.

Vì vậy, nói chung, một Phân tử có bốn đặc tính: Phân tử và Ðối Phân tử, Nửa Ðộ Quay phải và Nửa Ðộ Quay trái.

Neutrino từ đâu đến?

Các Vật lý gia tin rằng Neutrino có rất nhiều trong vũ trụ.  Trước tiên, Neutrino được tạo nên trong những Nhiệt hợp Hạt nhân (Neuclear fusion) ở trong Lõi của các vì sao và của Mặt trời, và cũng được hình thành do sự bùng nổ và sự tự diệt của các Siêu sao (Supernova).

Một số lượng khác đến tu những khoảng trống mênh mông trong vũ trụ. Ở đây, những Hố đen (Blackhole) bí mật, khi nuốt Tinh tú và Sao đôi (Binary stars) đã tạo nên những vụ Nổ đảo thiên (Cataclymic explo- sions), trong khi những Thiên hà (Galaxies) đang hoạt động phun ra những luồng hơi khí và Vật thể (Matter).

Neutrino di chuyển thành những đường thẳng và xuyên qua mọi vật, kể cả trái đất. Ðôi khi Neutrino cũng đụng độ với những Nguyên tử khinh khí, và việc đụng độ này tạo thành một lượng tử tích điện tỏa ra ánh sáng xanh lạt.

Ðể phát hiện hướng đi của Neutrino, người ta đặt một Hệ thống phát hiện tên là Amanda gồm có những Máy dò (Sencor) được đặt trong những lỗ đục sâu trong tảng băng ở Nam Cực.

Khi đụng độ với những Nguyên tử khinh khí, Neutrino tạo thành một khối ánh sáng hình nón gọi là Bức xạ Cherenkov (Cherenkow radiation), và tạo nên muon.  Nhờ các Máy dò phát hiện ra ánh sáng này, các khoa học gia mới tính được nguồn gốc của Neutrino.

Muon, một Vi phân Tiềm Nguyên tử có họ hàng với Lepton - Trọng khối bằng 207 lầnTrọng khối của Neutrino - là một Tích âm điện, có đời sống bằng 2.2 x 10 (2 phần triệu) của một giây đồng hồ.  Trước kia, muon có tên là "Mu meson".

Vì hàng tỉ tỉ Neutrino thoát ra khỏi Lõi của Mặt trời nên có thể cho chúng ta biết Mặt trời phát ra Năng lượng như thế nào?  Các khoa học gia cho rằng nếu xác định được việc Neutrino có Trọng khối, Phân tử này sẽ cho biết khối lượng của Chất tối (Dark matter) mà người ta cho biết rằng đã chiếm trên 90% Trọng khối của vũ trụ.

Việc xác định Neutrino có Trọng khối cũng sẽ cho biết vũ trụ cứ tiếp tục bành trướng, hay sẽ co rút lại để sụp đổ và tự diệt?

---o0o---

ÐỐI XỨNG VÀ SIÊU ÐỐI XỨNG

Nét đặc thù của vạn vật trong vũ trụ là sự đối xứng.  Một thí dụ của đối xứng là hình ảnh của mình trong gương.

Ta thấy có sự đối xứng từ những vật cực đại như những Thiên thể và những vật cực vi tế như những hạt Vi phân Tiềm Nguyên tử (Hạt ảo).  Ví dụ Hạt tử Fermion là đối xứng của Hạt tử Boson.

Quan sát một con bướm, ta thấy những hình ảnh và mầu sắc ở mỗi cánh đối xứng với nhau một cách ngoạn mục.  Nếu cắt ngang một quả cam, nhất là một trái lựu, ta thấy một hình ảnh đối xứng giống như hình Pháp luân (Bát Chánh Ðạo) trong kinh Phật.

Một tổ ong hay một mạng nhện là nhũng hình kỷ hà đối xứng rất tinh vi và cân đối.  Nếu gạch một đường thẳng chia đôi cơ thể người ta, ta sẽ thấy một sự đối xứng tuyệt hảo.  Trước hết là hai con mắt, hai lỗ tai và hai hàm răng.  Rồi đến hai tay, hai chân, hai bàn tay, hai bàn chân, 10 ngón tay và 10 ngón chân.

Tuy nhiên, thỉnh thoảng cũng có “những trục trặc vì lý do kỹ thuật” như:  Ðầu to, mắt lé, mắt nọ chửi mắt kia, một lỗ tai, tay dài tay ngắn, chân dài chân ngắn, bàn tay này có 6 ngón và bàn tay kia có 5 ngón  v.v…

Nhưng tựu trung cơ thể của trên sáu tỉ người trên thế giới đều có những sự đố xứng rất đều đặn.  Nhất là đối với phụ nữ thì sự đối xứng của hai bồng đảo, cặp giò và hai phần mông càng làm tăng thêm vẻ thẩm mỹ hơn nữa.  Tượng thần Vệ Nữ là một đối xứng tuyệt hảo.

Một hình ảnh đối xứng độc đáo nữa là giản đồ Thái Cực của Chu Liêm Khuê.  Nếu quay bất cứ hướng nào, chúng ta cũng thấy một sự cân xứng đều đặn.

Trong  khoa vật lý Lượng tử, những đối xứng liên kết với những hoạt động khác ngoài việc khuếch xạ và quay tròn được quan sát không những trong không-thời mà còn thấy trong những phương trình toán học trừu tượng.  Những đối xứng này được thay thế trong những Lượng tử và nhóm Lượng tử, và vì đặc tính của chúng là gắn bó với những Tác động Hỗ tương, có sự đối xứng trong những Tương tác của những Lượng tử này.  Khi một tiến trình của Lượng tử biểu lộ một sự đối xứng nào đó, có một số lượng đo được và được bảo tồn:  Ðó là số lượng không thay đổi trong một Tiến trình.  Như vậy, những đối xứng thấy trong đặc tính của Lượng tử xuất hiện như những luật bảo tồn trong những Tương tác của chúng.

Các Vật lý gia có hai quan niệm về đối xứng như Ðối xứng của một Tiến trình và Ðối xứng tương đương với Luật bảo tồn.  Họ thực thi một trong hai quan niệm đó tùy trường hợp thuận tiện.

Nguyên lượng số (Quantum Number)

Ngoài trọng khối, mỗi Lượng tử được ấn định bằng một loạt Nguyên lượng số để chỉ định đặc tính của nó.  Ví dụ những Lượng tử loại quay cả vòng được chỉ định là + 1, + 2, và + 3 v.v… Những lượng tử loại quay nửa vòng được chỉ định là + ½, + 3/2, và + 5/2 v.v…

Ví dụ hạt tử Hadron có giá trị nhất định của Nguyên lượng số nạp (Isospin) và Siêu nạp (Hypercharge), là hai Nguyên lượng số được bảo tồn trong những Tương tác mạnh.

Nếu tám Mesons được sắp đặt theo trị giá của hai Nguyên lượng số, chúng sẽ thuộc loại Tám cạnh Mẫu mực (Hexagon pattern) gọi là Meson họ Bát.  Việc sắp đặt này trình bày một sự đố xứng rõ ràng vì những lượng tử và Ðối lượng tử đều nằm ở những vị trí đối lập trong hình bát giác, và hai Lượng tử ở giữa là những Ðối lượng tử của chúng.

Tám hạt Baryons nhẹ cũng tạo thành một Mẫu mực tương tự gọi là Baryon họ Bát.  Lúc này, những đối Lượng tử không nằm trong hình bát giác mà tạo thành một Ðối bát giác tương tự.

Còn hạt tử Omega thuộc một Mẫu mực khác gọi là Baryon họ Thập (Baryon decuplet) khi cộng với chín Lượng tử có xác suất tối đa (Resonances).

Tất cả những lượng tử trong một Mẫu mực Ðối xứng đều có những Nguyên lượng số giống nhau, ngoại trừ Nguyên lượng số nạp (Isospin) và Số siêu nạp (Hypercharge) đã nhường chỗ cho những Lượng tử này trong một Mẫu mực đối xứng.

Ví dụ tất cả những hạt Mesons trong hình bát giác đều có 0 vòng (nghĩa là không quay); tất cả những Baryons trong hình bát giác quay ½ vòng, và những Lượng tử thuộc họ Thập quay 3/2 vòng.

Việc khám phá ra những Mẫu mực Ðối xứng trong Thế giới Lượng tử khiến các Vật lý gia nghĩ rắng những Mẫu mực này phản ảnh những luật tắc căn bản của Thiên nhiên.  Trong mười năm qua, họ đã nỗ lực tìm kiếm sự "Ðối xứng Căn bản" tối thượng đã hiển lộ trong những Tiến trình của những Lượng tử quen thuộc để cắt nghĩa sự cấu tạo của vật chất.

Tuy nhiên ngoài quan niệm "tĩnh" về đối xứng, một trường phái khác quan niệm "động" cho rằng những Mẫu mực Ðối xứng của Lượng tử không phải là những đặc tính căn bản của Thiên nhiên.

Nếu "lẩm cẩm", ngồi kể tỉ mỉ những đối xứng của vạn vật trong vũ trụ thì kể cả đời không hết.

Bây giờ tôi xin phép nói đến Siêu đối Xứng trong khoa Vật lý Phân tử.

Trong khoa Vật lý Phân tử, Siêu Ðối Xứng là sự đối xứng giữa Fermions và Bosons.  Fermions là những hạt vi Phân tiềm Nguyên tử có nửa độ quay Tự Nội và Bosins là những Lượng tử có Ðộ Quay Tự Nội (Spin Bán Nnguyên và Spin Nguyên vòng).   Một vật được coi như có đối xứng sẽ không thay đổi sau khi biến dạng.  Ví dụ một hình vuông gấp làm tư, khi quay theo tâm điểm những gocc 90, 180, 270 và 360 độ sẽ không thay đổi vì vòng quay của bốn góc 90 độ sẽ đưa hình vuông đó trở lại hình dạng như cũ.

Với đối xứng, Fermions có thể đổi dạng thành Bosons mà không thay đổi luật tắc của những thuyết về Lượng tử cùng sự Tương tác của Phân tử.  Một hạt Fermions đổi dạng thành một hạt Boson, rồi lại trở thành hạt Fermion như cũ.  Nhưng vì hạt đó đã di chuyển trong Không gian nên có tác dụng liên hệ với thuyết Tương Ðối Hẹp.

Vì vậy, Siêu Ðối Xứng chuyển tiếp sự biến dạng của những cấu trúc nội tại của những Phân tử (vòng quay) đến những sự biến dạng ở trong Không-thời.

Một điều hay của Siêu đối Xứng là nó liên kết những Phân tử căn bản của Vật thể (như Quarks và Leptons là những hạt Fermions) với những Phân tử truyền-dẫn những lực căn bản (tất cả những hạt Besons).  Bằng cách chứng tỏ rằng một loại Phân tử này có tác dụng khác biệt với một loại Phân tử khác, Siêu Ðối Xứng rút bớt những loại Phân tử Căn bản từ hai xuống một.

Siêu Ðối Xứng cũng giữ vai trò quan trọng trong những thuyết Lượng tử hiện đại bởi vì những Phân tử mới cần loại bỏ vô tận số những lượng tử thường xuất hiện trong những bài toán về Tương tác của những Phân tử ở Năng lượng cao, nhất là để thống nhất những thuyết nói về những Lực căn bản.

Những Phân tử mới này là Bosons (hay Fermions) mà trong đó những Fermions (hay Bosons) đã biết đã được Siêu Ðối Xứng biến dạng.  Ví dụ, những Fermions như Âm điện tử và Quarks cần có những đồng bạn đối xứng thuộc loại Bosons được đặt tên là Selectrons và Squarks.  Cũng vậy, những hạt Bosons đã biết như Quang tử (Photons) và gluons cần có những đồng bạn đối xứng thuộc loại Fermions được gọi là Photinos và Gluinos.

Chưa có thí nghiệm nào chứng tỏ rằng những Siêu Phân tử này đã hiện diện.  Nếu chúng không hiện diện, Trọng khối của chúng có thể lớn từ 50 đến 1,000 lần Trọng khối của Protons (Dương điện tử).

---o0o---