duongtramanh.bdg
25-08-2012, 09:48 AM
Axion có thể làm sáng tỏ những bí ẩn của mặt trời
Nếu bạn nghĩ rằng thời tiết trên Trái đất là không thể biết trước được, thì trên Mặt trời điều đó còn khó nói hơn. Trong hàng thập kỉ, các nhà khoa học đã tự hỏi không biết làm thế nào mà nhật hoa ? hay bầu khí quyển phía ngoài ? của Mặt trời lại có thể nóng hơn nhiều so với bề mặt của nó, mặc dù chúng ở xa đến hàng nghìn kilo mét. Rồi còn câu hỏi cái gì đã cấp năng lượng cho các tai lửa mặt trời, thứ có thể dội mưa các vệ tinh và các nhà du hành vũ trụ với thứ bức xạ gây chết người.
http://thuvienvatly.com/home/images/stories3/hiepkhachquay/axion.jpg
Một tai lửa mặt trời khổng lồ bắn vào vùng nhật hoa: liệu các axion có giữ vai trò quan trọng nào không trong vùng này của Mặt trời ? (Ảnh: NASA).
Nay một nhóm đứng đầu là Konstantin Zioutas tại CERN nghĩ rằng câu trả lời có thể nằm ở chỗ ?axion?, một hạt giả định còn có thể giải thích vật chất tối bí ẩn dường như cấu thành đa phần khối lượng của vũ trụ. ?Nếu lô gic ấy đúng, thì chúng ta sẽ có một cơ hội tốt để xem xét trực tiếp các axion mặt trời, hay các axion do chính chúng ta tạo ra trong phòng thí nghiệm?, Zioutas nói.
Ánh sáng mới trên một lí thuyết cũ
Axion lần đầu tiên được đề xuất hồi cuối thập niên 1970 nhằm giải quyết một bài toán trong ngành vật lí hạt gọi là đối xứng CP-mạnh. Lí thuyết nói rằng chúng thật nhẹ với các tương tác yếu ? những tính chất cũng làm cho chúng thật hấp dẫn đối với vật chất tối. Tuy nhiên, bất chấp nhiều tìm kiếm thực nghiệm, bằng chứng cho những hạt đó vẫn còn mong manh.
Nếu axion thật sự tồn tại, các nhà vật lí nghĩ rằng chúng sẽ được tạo ra trên Mặt trời.Ý tưởng ban đầu là những điện trường nhỏ sẽ biến đổi các photon tia X nhiệt trong lõi nóng bỏng của Mặt trời thành axion, sau đó sẽ truyền ra bên ngoài. Ở một số điểm gần bề mặt Mặt trời, từ trường sẽ biến đổi chúng trở lại thành photon tia X, nhờ đó truyền nhiệt từ lõi ra vùng nhật hoa. Những tia X đó có thể còn kích ngòi cho các tai lửa Mặt trời.
Nhưng, mặc dù cơ chế này giải thích được nhiệt độ cao của nhật hoa ở những vùng bị từ hóa, nhưng các quan sát cho thấy Mặt trời không chỉ phát ra tia X theo hướng xuyên tâm như trông đợi nếu chúng đi theo quỹ đạo thẳng từ điểm biến đổi của chúng. Thay vào đó, các tia X dường như đi ra từ bề mặt ở tất cả các góc. Một vấn đề nữa là các tia X phải có một phổ ?vật đen? đạt cực đại ở mức năng lượng kilo electron volt (keV), trong khi trên thực tế phổ ấy phù hợp hơn với một quy luật lũy thừa và không có cực đại keV nào.
Tia X bị tán xạ
Nhóm Zioutas nghĩ rằng họ có thể dung hòa các axion với những quan sát ấy. Hồi năm ngoái, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu đưa ra một ý tưởng trong đó một số tia X ở bên dưới bề mặt làm ion hóa vật chất xung quanh. Các electron được giải phóng từ sự ion hóa này sau đó sẽ làm tán xạ các tia X đến tiếp theo, đồng thời làm giảm năng lượng của chúng, làm cho chúng rời bề mặt ở mọi hướng và có một phổ tuân theo định luật hàm số mũ.
Trong nghiên cứu mới nhất của các nhà nghiên cứu trên, các chương trình mô phỏng máy tính ?Monte Carlo? cho thấy cơ chế này có thể được thỏa mãn bởi một axion với khối lượng trong vùng 0,02 eV. Loại axion này quá nhẹ để có thể phát hiện ra với các thí nghiệm hiện có, dẫu vậy nếu nó thật sự tồn tại, nó có thể vẫn giữ vai trò là một lời giải cho bài toán CP-mạnh, và là một dạng của vật chất tối ?nóng?.
Tuy nhiên, đề xuất trên gặp phải thái độ hoài nghi của một số nhà vật lí hạt. Aaron Chou, một nhà vật lí tại Fermilab ở Mĩ, nói rằng ông đã trao đổi vấn đề với Zioutas, nhưng ông thấy nó quá ?không hiện thực? để nghiên cứu. ?Sự tán xạ bội cần thiết để làm ngẫu nhiên hướng của luồng tia X do axion đem lại làm phá hủy sự kết hợp của quá trình biến đổi axion thành tia X ở chỗ ban đầu?, ông giải thích.
?Hai yêu cầu của mô hình của ông ta ? sự biến đổi kết hợp hiệu quả và sự ngẫu nhiên hóa sau đó của các quỹ đạo ? dường như mâu thuẫn lẫn nhau ở chỗ chúng không thể được thỏa mãn đồng thời, ít nhất là không trong khuôn khổ của mô hình này?, ông thêm.
Thí nghiệm cải tiến
Zioutas thừa nhận rằng mô hình của nhóm ông có những thiếu sót, ví dụ như thực tế nó không thể giải thích cường độ trọn vẹn của các tia X Mặt trời. Tuy nhiên, ông đã đệ trình vấn đề trong một đề xuất với ban điều hành CERN xin một phiên bản nhạy hơn của CAST, thí nghiệm hiện có tại phòng thí nghiệm châu Âu này tìm kiếm các axion rời Mặt trời bằng cách cố biến đổi chúng trở lại thành photon trong từ trường.
Thiết bị nâng cấp, sẽ sử dụng một hoặc hai nam châm tứ cực còn dư từ Cỗ Máy Va chạm Hadron Lớn và sẽ tiêu tốn ước tính chừng 250.000 CHF (140.000 bảng), sẽ đủ nhạy để phát hiện ra một axion rất nhẹ.
Zioutas nói ông sẽ nghe ngóng quyết định về việc nâng cấp trong vòng một tuần tới.
Nghiên cứu này sẽ được công bố vào tháng sau trên tờ New Journal of Physics và bản thảo đã có tại arXiv.
HiepKhachQuay (theo physicsworld.com)
Thuvienvatly.com
Nếu bạn nghĩ rằng thời tiết trên Trái đất là không thể biết trước được, thì trên Mặt trời điều đó còn khó nói hơn. Trong hàng thập kỉ, các nhà khoa học đã tự hỏi không biết làm thế nào mà nhật hoa ? hay bầu khí quyển phía ngoài ? của Mặt trời lại có thể nóng hơn nhiều so với bề mặt của nó, mặc dù chúng ở xa đến hàng nghìn kilo mét. Rồi còn câu hỏi cái gì đã cấp năng lượng cho các tai lửa mặt trời, thứ có thể dội mưa các vệ tinh và các nhà du hành vũ trụ với thứ bức xạ gây chết người.
http://thuvienvatly.com/home/images/stories3/hiepkhachquay/axion.jpg
Một tai lửa mặt trời khổng lồ bắn vào vùng nhật hoa: liệu các axion có giữ vai trò quan trọng nào không trong vùng này của Mặt trời ? (Ảnh: NASA).
Nay một nhóm đứng đầu là Konstantin Zioutas tại CERN nghĩ rằng câu trả lời có thể nằm ở chỗ ?axion?, một hạt giả định còn có thể giải thích vật chất tối bí ẩn dường như cấu thành đa phần khối lượng của vũ trụ. ?Nếu lô gic ấy đúng, thì chúng ta sẽ có một cơ hội tốt để xem xét trực tiếp các axion mặt trời, hay các axion do chính chúng ta tạo ra trong phòng thí nghiệm?, Zioutas nói.
Ánh sáng mới trên một lí thuyết cũ
Axion lần đầu tiên được đề xuất hồi cuối thập niên 1970 nhằm giải quyết một bài toán trong ngành vật lí hạt gọi là đối xứng CP-mạnh. Lí thuyết nói rằng chúng thật nhẹ với các tương tác yếu ? những tính chất cũng làm cho chúng thật hấp dẫn đối với vật chất tối. Tuy nhiên, bất chấp nhiều tìm kiếm thực nghiệm, bằng chứng cho những hạt đó vẫn còn mong manh.
Nếu axion thật sự tồn tại, các nhà vật lí nghĩ rằng chúng sẽ được tạo ra trên Mặt trời.Ý tưởng ban đầu là những điện trường nhỏ sẽ biến đổi các photon tia X nhiệt trong lõi nóng bỏng của Mặt trời thành axion, sau đó sẽ truyền ra bên ngoài. Ở một số điểm gần bề mặt Mặt trời, từ trường sẽ biến đổi chúng trở lại thành photon tia X, nhờ đó truyền nhiệt từ lõi ra vùng nhật hoa. Những tia X đó có thể còn kích ngòi cho các tai lửa Mặt trời.
Nhưng, mặc dù cơ chế này giải thích được nhiệt độ cao của nhật hoa ở những vùng bị từ hóa, nhưng các quan sát cho thấy Mặt trời không chỉ phát ra tia X theo hướng xuyên tâm như trông đợi nếu chúng đi theo quỹ đạo thẳng từ điểm biến đổi của chúng. Thay vào đó, các tia X dường như đi ra từ bề mặt ở tất cả các góc. Một vấn đề nữa là các tia X phải có một phổ ?vật đen? đạt cực đại ở mức năng lượng kilo electron volt (keV), trong khi trên thực tế phổ ấy phù hợp hơn với một quy luật lũy thừa và không có cực đại keV nào.
Tia X bị tán xạ
Nhóm Zioutas nghĩ rằng họ có thể dung hòa các axion với những quan sát ấy. Hồi năm ngoái, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu đưa ra một ý tưởng trong đó một số tia X ở bên dưới bề mặt làm ion hóa vật chất xung quanh. Các electron được giải phóng từ sự ion hóa này sau đó sẽ làm tán xạ các tia X đến tiếp theo, đồng thời làm giảm năng lượng của chúng, làm cho chúng rời bề mặt ở mọi hướng và có một phổ tuân theo định luật hàm số mũ.
Trong nghiên cứu mới nhất của các nhà nghiên cứu trên, các chương trình mô phỏng máy tính ?Monte Carlo? cho thấy cơ chế này có thể được thỏa mãn bởi một axion với khối lượng trong vùng 0,02 eV. Loại axion này quá nhẹ để có thể phát hiện ra với các thí nghiệm hiện có, dẫu vậy nếu nó thật sự tồn tại, nó có thể vẫn giữ vai trò là một lời giải cho bài toán CP-mạnh, và là một dạng của vật chất tối ?nóng?.
Tuy nhiên, đề xuất trên gặp phải thái độ hoài nghi của một số nhà vật lí hạt. Aaron Chou, một nhà vật lí tại Fermilab ở Mĩ, nói rằng ông đã trao đổi vấn đề với Zioutas, nhưng ông thấy nó quá ?không hiện thực? để nghiên cứu. ?Sự tán xạ bội cần thiết để làm ngẫu nhiên hướng của luồng tia X do axion đem lại làm phá hủy sự kết hợp của quá trình biến đổi axion thành tia X ở chỗ ban đầu?, ông giải thích.
?Hai yêu cầu của mô hình của ông ta ? sự biến đổi kết hợp hiệu quả và sự ngẫu nhiên hóa sau đó của các quỹ đạo ? dường như mâu thuẫn lẫn nhau ở chỗ chúng không thể được thỏa mãn đồng thời, ít nhất là không trong khuôn khổ của mô hình này?, ông thêm.
Thí nghiệm cải tiến
Zioutas thừa nhận rằng mô hình của nhóm ông có những thiếu sót, ví dụ như thực tế nó không thể giải thích cường độ trọn vẹn của các tia X Mặt trời. Tuy nhiên, ông đã đệ trình vấn đề trong một đề xuất với ban điều hành CERN xin một phiên bản nhạy hơn của CAST, thí nghiệm hiện có tại phòng thí nghiệm châu Âu này tìm kiếm các axion rời Mặt trời bằng cách cố biến đổi chúng trở lại thành photon trong từ trường.
Thiết bị nâng cấp, sẽ sử dụng một hoặc hai nam châm tứ cực còn dư từ Cỗ Máy Va chạm Hadron Lớn và sẽ tiêu tốn ước tính chừng 250.000 CHF (140.000 bảng), sẽ đủ nhạy để phát hiện ra một axion rất nhẹ.
Zioutas nói ông sẽ nghe ngóng quyết định về việc nâng cấp trong vòng một tuần tới.
Nghiên cứu này sẽ được công bố vào tháng sau trên tờ New Journal of Physics và bản thảo đã có tại arXiv.
HiepKhachQuay (theo physicsworld.com)
Thuvienvatly.com