How the Universe Works

Thế giới của chúng ta,

hệ mặt trời của chúng ta, vũ trụ của chúng ta,

sẽ không tồn tại

nếu không có một hạt ma quái gọi là neutrino.

Chúng có thể đi xuyên qua một bức tường,

xuyên qua một hành tinh, xuyên qua một ngôi sao

mà không hề bị nhận ra.

Chúng là hệ thống cảnh báo sớm của chúng ta.

Bất cứ khi nào có rắc rối trong vũ trụ,

bạn có thể mong đợi một trận lũ neutrino.

Neutrino kích hoạt các vụ nổ giết chết các ngôi sao --

siêu tân tinh.

Neutrino có thể trả lời rất nhiều câu hỏi,

từ tại sao chúng ta tồn tại đến vũ trụ được tạo ra như thế nào?

Những hạt nhỏ bé này đã cứu vũ trụ sơ khai

khỏi sự hủy diệt.

Chúng gây ra sự hủy diệt.

Bạn biết đấy, đôi khi chúng làm nổ tung một ngôi sao.

Nhưng, vào cuối ngày,

chúng có thể là lý do chính mà chúng ta tồn tại.

Neutrino là chìa khóa cho cách vận hành của vũ trụ.

Vào những năm 1960, mặt trời của chúng ta dường như đang hấp hối.

Có bằng chứng trêu ngươi rằng

mặt trời của chúng ta có thể đang tắt.

Câu hỏi này là một vấn đề lớn đối với các nhà thiên văn học.

Nếu mặt trời không trải qua phản ứng tổng hợp hạt nhân

với tốc độ mà chúng ta nghĩ, thì đó là một vấn đề lớn.

Có phải lõi hạt nhân của mặt trời đang tắt?

Các ngôi sao, bao gồm cả mặt trời của chúng ta,

là những lò phản ứng tổng hợp hạt nhân khổng lồ.

Bên trong các lò phản ứng nhiệt hạch này,

các nguyên tử hydro đập vào nhau,

tạo ra nhiệt và ánh sáng dưới dạng photon.

Tất cả ánh sáng và tất cả nhiệt lượng

mà chúng ta nhận được trên Trái đất đều đến từ mặt trời.

Nếu mặt trời đột ngột lạnh đi,

đó sẽ là một tin xấu nghiêm trọng đối với chúng ta.

Làm cách nào để kiểm tra xem mặt trời có đang tắt hay không?

Chúng ta có một tàu vũ trụ theo dõi bề mặt mặt trời,

nhưng chúng không thể nhìn thấy tâm của lò phản ứng,

lõi của mặt trời.

Bạn có thể nhìn thấy bề mặt, và mặt trời rất sáng.

Điều đó làm cho nó rất dễ dàng để nghiên cứu.

Đáng buồn thay, lõi của mặt trời ở dưới 400000 dặm của mặt trời,

và điều đó làm cho nó khá khó khăn để xem xét.

Nghiên cứu ánh sáng được tạo ra trong lõi không giúp ích được gì.

Vào thời điểm nó đến với chúng tôi, đó là một tin cũ.

Hãy hình dung một photon hoặc hạt ánh sáng này

được sinh ra ở trung tâm của một ngôi sao,

và bây giờ hãy tưởng tượng rằng nó muốn đến bề mặt của ngôi sao.

Ngôi sao rất dày đặc ở trung tâm,

và bản thân ngôi sao lớn đến mức

phải mất 30000 năm để thoát ra khỏi lõi.

Nó giống như đang tham dự một bữa tiệc cocktail,

nơi bạn đang cố gắng rời đi,

và mỗi khi bạn bước thêm một bước nữa về phía cửa,

một nhóm người khác muốn nói chuyện với bạn,

và bạn cũng muốn nói chuyện với họ, và sau đó

mất 30000 năm để rời khỏi bữa tiệc cocktail của bạn.

Bất kỳ thông tin nào chúng ta nhận được từ ánh sáng mặt trời

về những gì đang diễn ra trong lõi

đều có tuổi đời hàng chục nghìn năm.

Nếu bạn muốn các sự kiện hiện tại, các tiêu đề tin tức

về những gì đang diễn ra trong lõi của mặt trời ngay bây giờ,

thì các photon không phải là cách để làm điều đó.

Bạn sẽ muốn neutrino.

Vậy những hạt bí ẩn này là gì?

Neutrino là một hạt nhỏ trung tính phải không?

Chúng tôi nghĩ rằng chúng không mang điện tích

và chúng thực sự rất nhỏ,

vì vậy chúng tôi gọi chúng là neutrino.

Neutrino không thích tương tác với vật chất.

Chúng bay qua hầu hết mọi thứ.

Bản thân mặt trời đang tạo ra đủ neutrino

để gửi 60 tỷ neutrino trong số chúng

qua bạn mỗi giây.

Đây là điều điên rồ nhất.

Bạn sống toàn bộ cuộc đời của mình

mà không cảm nhận được chúng

Neutrino hình thành trong phản ứng tổng hợp hạt nhân

bên trong lõi của các ngôi sao -- Các nguyên tử hydro va chạm,

hợp nhất thành heli, và giải phóng các photon ánh sáng và neutrino.

Trong lõi của mặt trời,

bom hạt nhân đang nổ

và tất cả các phản ứng hạt nhân này đều giải phóng neutrino.

Đó là khoảng 10 nghìn tỷ, nghìn tỷ, nghìn tỷ neutrino

được tạo ra mỗi giây.

Hàng nghìn tỷ neutrino bắn ra khỏi lõi

và di chuyển 323000 dặm trong mặt trời

tới bề mặt.

Một neutrino về cơ bản thậm chí không nhận thấy

mặt trời ở đó.

Nó lao đi với tốc độ rất gần với tốc độ ánh sáng.

Nếu bạn tưởng tượng về một con đường cao tốc bị tắc nghẽn,

các hạt neutrino sẽ là những chiếc moto

đang phóng nhanh qua dòng xe cộ.

Các neutrino mặt trời bay về phía Trái đất.

Hầu hết đi thẳng qua.

Tất cả các neutrino,

hàng nghìn tỷ trên hàng nghìn tỷ neutrino

đi qua Trái đất mỗi giây,

toàn bộ Trái đất sẽ chỉ tương tác

với một trong số 10 tỷ neutrino.

Vì đi qua bất cứ thứ gì

nên chúng khó bị phát hiện.

Tôi coi các nhà vật lý neutrino là những kẻ săn ma

của lĩnh vực vật lý hạt,

bởi vì chúng tôi nghiên cứu một thứ gì đó quá khó nắm bắt,

và chúng thực sự rất khó để bắt tay vào nghiên cứu.

Khó, nhưng không phải là không thể.

Trong khi hầu hết các hạt neutrino xuyên qua Trái đất,

một số ít va chạm với các nguyên tử trong hành tinh và chúng ta

có thể phát hiện ra những va chạm đó.

Để phát hiện những va chạm nhỏ này,

chúng tôi đã xây dựng các máy dò neutrino dưới lòng đất

với các cảm biến khổng lồ chứa đầy clo.

Khi một neutrino va chạm với nguyên tử clo này,

nó biến đổi thành argon.

Và sau đó chúng ta có thể chọn ra các nguyên tử argon từ máy dò

và đếm chúng

để xem có bao nhiêu neutrino thực sự đập vào nguyên tử của chúng ta.

Các cảm biến đã phát hiện ra neutrino từ mặt trời,

nhưng con số này thấp hơn dự kiến.

Các máy dò chỉ phát hiện được khoảng một phần ba số lượng neutrino

mà mô hình của chúng dự đoán.

Đây được gọi là vấn đề neutrino mặt trời.

Đó là một vấn đề lớn. Điều đó có nghĩa là

chúng ta đang làm sai điều gì đó hoặc vật lý của chúng ta sai.

Hai phần ba

số neutrino mặt trời còn thiếu ở đâu?

Chúng không đào ngũ (AWOL).

Máy dò đã bỏ sót chúng,

bởi vì neutrino có thể thay đổi danh tính.

Hóa ra neutrino có thể thay đổi kiểu của chúng

khi chúng đang bay trong không gian,

và chúng tôi gọi đây là sự thay đổi hương vị.

Neutrino có ba hương vị khác nhau.

Hãy coi chúng như những kiểu chơi bài khác nhau.

Vua là electron neutrino

"Muon Neutrino" là nữ hoàng,

và jack là "tau neutrino"

Mặt trời tạo ra các hạt electron neutrino,

nhưng vào thời điểm chúng đến Trái đất,

chúng có thể là một hương vị khác.

Khi du hành đến Trái đất,

chúng liên tục trao đổi

danh tính của chúng.

Vì vậy, bạn không bao giờ biết chính xác những gì bạn sẽ nhận được

cho đến khi nó đến Trái đất, và chúng ta quan sát nó.

Nó có thể là ... bất cứ thứ gì.

Các máy dò đã không thấy các hương vị khác nhau.

Nhưng khi chúng tôi tinh chỉnh các cảm biến,

chúng tôi đã nhìn thấy tất cả các neutrino mặt trời.

Vì vậy, thực tế đã có đủ neutrino đến từ mặt trời,

nhưng chúng tôi chỉ phát hiện được một phần ba trong số chúng.

Các hạt neutrino thay đổi hương vị cho thấy mặt trời khỏe mạnh.

Những thay đổi nhận dạng này cũng trả lời

một câu hỏi quan trọng về neutrino.

Chúng có khối lượng không?

Einstein đã chỉ ra rằng chỉ những hạt không có khối lượng

mới có thể di chuyển với tốc độ ánh sáng,

và những hạt này không trải nghiệm thời gian.

Nhưng neutrino có thể thay đổi hương vị của chúng,

vì vậy điều đó phải xảy ra theo thời gian.

Và điều đó có nghĩa là neutrino không thể di chuyển với tốc độ ánh sáng,

và vì vậy chúng phải có khối lượng.

Khi các nhà khoa học lần đầu tiên nghĩ về neutrino,

họ nghĩ rằng chúng không có khối lượng,

và nếu một neutrino không có khối lượng,

thì nó nhất định chỉ có một hương vị

hoặc một loại neutrino vĩnh viễn.

Các thí nghiệm chứng minh rằng neutrino có khối lượng.

Và nếu chúng có khối lượng, chúng phải tạo ra lực hấp dẫn,

có nghĩa là chúng có thể ảnh hưởng đến những thứ khác xung quanh chúng.

Neutrino cũng tham gia vào những khoảnh khắc bạo lực

của vũ trụ.

Bất cứ khi nào có rắc rối trong vũ trụ,

bạn có thể mong đợi một trận lũ neutrino.

Các trận lũ neutrino này là chìa khóa

cho một số vụ nổ lớn nhất trong vũ trụ.

Và nghiên cứu mới cho thấy rằng không có chúng,

sẽ không có hệ mặt trời, không có hành tinh và không có chúng ta.

Neutrino là một trong những hạt nhỏ nhất

trong vũ trụ.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới cho thấy

chúng có vai trò trong một số sự kiện lớn nhất của vũ trụ.

Ngôi sao phát nổ được gọi là siêu tân tinh.

Cái chết của những ngôi sao khổng lồ.

Nhưng có một bí ẩn

xung quanh vụ nổ của chúng.

Tại sao những ngôi sao khổng lồ này lại kết thúc cuộc đời một cách dữ dội như vậy?

Đây là một câu đố lớn trong vật lý thiên văn.

Chúng tôi đã có một đầu mối khi chúng tôi phát hiện ra

một chớp sáng khổng lồ trong Đám mây Magellan lớn,

một thiên hà vệ tinh của Dải Ngân hà.

Ánh sáng là một vụ nổ siêu tân tinh.

Nhưng ba giờ trước chớp sáng,

các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một thứ khác

là một vụ nổ neutrino đến từ cùng một vùng trên bầu trời.

Đây là lần đầu tiên chúng ta thấy neutrino