100.000 tỷ neutrino mỗi giây
Nghe khó tin, nhưng ngay khi các bạn đang đọc những dòng này, một lượng neutrino khổng lồ vẫn liên tục xuyên qua cơ thể.
Theo Đài quan sát Neutrino IceCube, khoảng 100.000 tỷ neutrino đi qua cơ thể một người mỗi giây. Con số thực tế có thể thay đổi tùy kích thước cơ thể, hướng chuyển động và năng lượng của các hạt.
Neutrino được sinh ra từ nhiều quá trình vật lý khác nhau. Một trong những nguồn quan trọng nhất đối với Trái Đất là các phản ứng hạt nhân diễn ra bên trong Mặt Trời. Chúng cũng có thể được tạo ra trong khí quyển và nhiều hiện tượng năng lượng cao ngoài vũ trụ.
Điều đặc biệt là neutrino không mang điện, có khối lượng cực nhỏ và rất ít tương tác với vật chất. Bởi vậy, phần lớn chúng có thể xuyên qua cơ thể, thậm chí xuyên qua những khối vật chất khổng lồ mà không để lại dấu vết dễ nhận biết.
Chính vì neutrino “thoắt ẩn thoắt hiện” như vậy, các nhà khoa học phải xây dựng những đài quan sát khổng lồ mới có cơ hội phát hiện một số ít lần chúng tương tác với vật chất.
Không chỉ neutrino, muon cũng đang đi xuyên qua chúng ta
Một vị khách vô hình khác là muon.
Tia vũ trụ gồm các hạt năng lượng cao, chủ yếu là proton và hạt nhân nguyên tử, liên tục lao tới Trái Đất từ không gian. Khi chúng va chạm với các nguyên tử và phân tử trong khí quyển, một “cơn mưa” hạt thứ cấp được tạo ra. Muon là một trong số đó.
Muon thuộc nhóm hạt lepton và có khối lượng lớn hơn electron khoảng 207 lần. Không giống neutrino, muon mang điện nhưng vẫn có khả năng xuyên qua vật chất khá tốt.
Ở gần mực nước biển, trung bình có khoảng một muon đi qua mỗi cm² trong một phút. Nếu ước tính diện tích cắt ngang của cơ thể người khoảng 1 m², mỗi giây có thể có hàng trăm muon xuyên qua chúng ta.
Đây chỉ là con số ước tính. Số lượng thực tế còn phụ thuộc vào độ cao, vị trí, góc tới của hạt và nhiều yếu tố khác.
Những hạt này có nguy hiểm không?
Bức xạ vũ trụ vốn là một phần của bức xạ nền tự nhiên mà con người vẫn tiếp xúc trong cuộc sống hằng ngày.
Theo Ủy ban Khoa học Liên Hợp Quốc về Ảnh hưởng của Bức xạ Nguyên tử (UNSCEAR), liều hiệu dụng trung bình trên toàn cầu từ bức xạ vũ trụ vào khoảng 0,39 mSv mỗi năm, trong khi tổng liều trung bình từ các nguồn bức xạ tự nhiên khoảng 2,4 mSv mỗi năm.
Mức bức xạ vũ trụ không giống nhau ở mọi nơi. Càng lên cao, lớp khí quyển bảo vệ phía trên càng mỏng nên mức phơi nhiễm có thể tăng. Vì vậy, người sống ở vùng cao hoặc thường xuyên di chuyển bằng máy bay có thể tiếp xúc với lượng bức xạ vũ trụ lớn hơn.
Cũng cần lưu ý, con số 0,39 mSv mỗi năm là mức đóng góp của toàn bộ bức xạ vũ trụ, chứ không phải chỉ riêng muon hay một loại hạt nào.
Muon còn giúp “soi” bên trong kim tự tháp
Khả năng xuyên qua những khối vật chất lớn của muon còn được các nhà khoa học biến thành một công cụ nghiên cứu đặc biệt.
Năm 2017, các nhà khoa học sử dụng muon từ tia vũ trụ để nghiên cứu cấu trúc bên trong Đại kim tự tháp Khufu ở Ai Cập. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature cho thấy một khoảng rỗng lớn nằm phía trên Đại sảnh, được gọi là “Big Void”.
Phương pháp này được gọi là muography. Có thể hình dung nguyên lý của nó hơi giống chụp X-quang: các nhà khoa học đo lượng hạt xuyên qua vật chất để suy ra cấu trúc bên trong. Tuy nhiên, muon có thể xuyên qua những khối vật chất rất lớn.
Làm sao các nhà khoa học “bắt” được neutrino?
Với neutrino, câu chuyện còn thú vị hơn.
Đài quan sát IceCube ở Nam Cực không trực tiếp nhìn thấy neutrino. Thay vào đó, các cảm biến được đặt sâu trong băng chờ đợi những lần cực hiếm khi neutrino tương tác với vật chất.
Khi đó, các hạt tích điện thứ cấp có thể được tạo ra và phát ra ánh sáng Cherenkov. Những cảm biến quang học của IceCube ghi lại ánh sáng này, từ đó giúp các nhà khoa học lần theo dấu vết của neutrino.
Do có thể xuyên qua vật chất và không bị từ trường làm lệch hướng, neutrino trở thành một “sứ giả” đặc biệt để nghiên cứu vũ trụ. Những neutrino năng lượng cao có thể mang tới thông tin về các môi trường cực đoan như siêu tân tinh hay vùng hoạt động mạnh quanh các thiên thể xa xôi.
Vì thế, dù chúng ta chẳng nhìn thấy hay cảm nhận được, cơ thể mình vẫn liên tục nằm giữa một “cơn mưa” hạt vô hình: khoảng 100.000 tỷ neutrino cùng hàng trăm muon có thể xuyên qua mỗi giây. Và chính những vị khách bé nhỏ ấy đang giúp các nhà khoa học tìm hiểu từ cấu trúc bên trong kim tự tháp cho tới những hiện tượng bí ẩn ngoài vũ trụ.
