neutrino thiên văn học

LOGO

NEUTRINO THIÊN VĂN HỌC

Hoàng Nhật Quang K0904510

Trần Nguyễn Quốc Việt K0904796

Nguyễn Văn Tuấn K0904748

Lời mở đầu

Hiện nay các nhà khoa học sử dụng hạt neutrino là hạt cơ bản của ánh sáng dùng để nghiên cứu vũ trụ.

Lĩnh vực này có tên gọi là thiên văn học neutrino, nhằm mục đích khám phá những hiện tượng mới và trả lời cho những thắc mắc của chúng ta ngày nay

www.themegallery.com

Tóm tắt Click to edit text styles

Edit your company slogan

1. Giới thiệu chung

2. Phân loại

3. Neutrino thiên văn học

4. Kính thiên văn neutrino

Giới thiệu chung

Neutrino là hạt sơ cấp thuộc nhóm các hạt lepton, bền, không mang điện tích được đưa ra vào năm 1930 bởi Wolfgang Pauli

M0=0 (rất nhỏ hiện nay các thí nghiệm đang chứng minh hạt có

khối lượng)

Ml =0

Ms=1/2 (thuộc nhóm fermion)

V=3.108 m/s Tương tác với vật chất qua lực hạt nhân yếu

Giới thiệu chung

Dòng neutrino phát ra từ mặt trời tại bề mặt trái đất là 6 x 1010 neutrino/cm2/s

Tuy nhiên, xác suất cho một neutrino tương tác với vật chất tăng theo năng lượng của neutrino.

Khi một neutrino tương tác với vật chất, nó có thể hoặc tiếp tục là neutrino sau khi tương tác (“tương tác dòng trung hòa”) hoặc tạo ra hạt tích điện tương ứng (“tương tác dòng tích điện”). Electron neutrino sinh ra electron, muon neutrino sinh ra muon, và tau neutrino sinh ra lepton tau.

Phân loại

Có ba loại neutrino sau: Neutrino electron νe, xuất hiện cùng lúc với positron

trong phân rã beta β dương tính của neutron. Neutrino muon νμ, xuất hiện trong phân rã pi π của

hạt meson. Neutrino tau ντ

Phân loại

Neutrino / Phản neutrino

Tên Ký hiệu Điện tích

Khối lượng (MeV)

Neutrino electron/ Phản neutrino electron

0 <0,0000025

Neutrino muon / Phản neutrino muon

0 <0,17

Neutrino tau/ Phản neutrino tau

0 <18,2


Phân loại

Neutrino năng lượng cao: sinh ra trong các va chạm hạt năng lượng cao tạo ra meson Năng lượng hàng chục GeV

NEUTRINO

Click to edit text styles

Edit your company slogan

Neutrino năng lượng thấp:sinh ra trong các quá trình hạt nhân

Năng lượng hàng chục MeV


Phân Loại

Đây là một sự phân chia khá độc đoán, nhưng nó phản ánh quá trình tạo ra và cách thức chế tạo máy dò hạt

Neutrino sao siêu mới

Tinh vân Con cua là tàn dư của một vụ bùng nổ sao siêu mới năm 1054. Trong đợt bùng phát khủng khiếp, 99% năng lượng được giải phóng dưới dạng các neutrino không nhìn thấy.

Neutrino tương tác nguyên tử

Một neutrino tương tác với một nguyên tử tạo ra một muon và một trận mưa các hạt có thời gian sống ngắn.

Neutrino thiên văn học

Trong một tương tác neutrino năng lượng cao, lepton tích điện sẽ tiếp tục đi theo hướng cũ như neutrino tới.

Trong vật chất, một electron được tạo ra trong tương tác sẽ dừng lại sau vài mét, trong khi muon, với khối lượng lớn hơn của nó, sẽ tiếp tục đi thêm vài km tùy thuộc vào năng lượng của nó.

Xác định được hướng của muon sinh ra sẽ cho biết hướng của muon neutrino trong vòng vài ba độ.

Đây là chìa khóa để tìm hiểu thiên văn học neutrino năng lượng cao.


Một luận cứ chắc chắn cho sự tồn tại của các neutrino năng lượng cao đến từ vũ trụ là sự quan sát thấy các tia vũ trụ năng lượng cao.

Các hạt tia vũ trụ có năng lượng quan sát thấy cao nhất được cho là đến từ các nguồn không xác định bên ngoài thiên hà của chúng ta

Quá trình gia tốc mang lại cho các hạt những năng lượng cực cao này không được rõ

Sự tồn tại của các tia vũ trụ năng lượng cực cao này là một bí ẩn thật sự


Khi các proton va chạm với các photon nền vi sóng, các meson được tạo ra, trong sự phân hủy của chúng sẽ sản sinh ra các neutrino năng lượng cao neutrino GKZ (Greisen, Zatseptin, Kuzmin)

Đây là nguồn bảo đảm của các neutrino năng lượng cao ngoài địa cầu

Các photon còn có xác suất bị hấp thụ bởi các photon nền vi sóng lớn hơn cả proton, điều đó ngụ ý rằng vũ trụ không phải là trong suốt đối với các photon năng lượng rất cao

Neutrino năng lượng cao ?

Ảnh chụp tia X Centaurus A bằng vệ tinh Chandra. Cái đặc biệt với đối tượng này là lỗ đen tại tâm và dòng vật chất hướng về phía góc trên bên trái của hình.

Các nguồn phát tia vũ trụ năng lượng cao nhất

Hạt nhân thiên hà hoạt động (AGN) là một thiên hà có một lỗ đen siêu trọng tại tâm

Những đợt bùng phát tia gamma (GRB) Proton (nlcao) được gia tốc va chạm với chất khí

photon xung quanh nguồnmeson muon (neutrino) electron (positron) và hai neutrino

Các hạt neutrino này sẽ truyền đi, không bị ảnh hưởng bởi từ trường trong không gian nếu phát hiện được trên trái đất, chúng sẽ chỉ ngược hướng nguồn phát ra các tia vũ trụ.

Vật chất tối

Một trong những bí ẩn chủ yếu trong vật lí học và thiên văn học

30% năng lượng trong vũ trụ là nằm ở vật chất và phần còn lại nằm ở dạng “năng lượng tối” không rõ

4% năng lượng của vũ trụ là cấu thành từ vật chất thông thường (nguyên tử cấu tạo nên ngôi sao & hành tinh 25% năng lượng toàn phần, là một loại vật chất mới cho tới nay chưa biết)

Neutrino từ “vật chất tối”

Cụm thiên hà NGC2300 với ba thiên hà và một đám mây khí. Để giữ hệ thống ổn định về mặt hấp dẫn, cần có khối lượng gấp khoảng 20 lần khối lượng quan sát thấy.

Neutrino “vật chất tối”

Các hạt nặng tương tác yếu (WIMP) được tạo ra trong Big Bang đồng thời với vật chất thông thường của chúng ta

Các hạt vật chất tối ở tâm của trái đất và mặt trời sẽ tiêu diệt hay hủy lẫn nhau khi hai trong số chúng gặp nhau và tạo ra vật chất thông thường cùng với các neutrino năng lượng cao

Neutrino “vật chất tối”

Năng lượng này>>năng lượng của các electron neutrino tạo ra bởi quá trình nhiệt hạch trên mặt trời

Thêm thông tin về vật chất tối khám phá rất quan trọng đối với nền vật lí hạt cơ bản.

Neutrino khí quyển

Tia vũ trụ va chạm với bầu khí quyển các hạt thời gian sống ngắn muon & muon neutrino phân tán & bị hấp thụ vài chục km vào trái đất

Neutrino có thể dễ dàng đi qua toàn bộ trái đất và chúng tương ứng với một nền neutrino đối với neutrino vũ trụ

Vì neutrino vũ trụ là có, về trung bình, năng lượng cao hơn neutrino khí quyển, nên phông nền này có thể làm chủ được

Kính thiên văn Neutrino

Xét neutrino sẽ tương tác với vật chất Sử dụng lượng rất lớn vật chất trong dò tìm

(càng nhiều vật chất neutrino tương tác càng nhiều)

Chất dò hạt: có sẵn trong tự nhiên (nước ,băng..) Cherenkov (Pavel A. Cherenkov, Il’ ja M. Frank

và Igor Y. Tamm ) Vật chất được chọn cho môi trường máy dò hạt

phải rất trong suốt đối với ánh sáng.

Kính thiên văn neutrino

Các bộ cảm quang trong thể tích máy dò hạt sẽ quan sát thời gian tới và cường độ của ánh sáng Cherenkov phát ra từ muon xác định hướng của các neutrino trong chừng vài độ.

Trở ngại: dòng muon từ các tương tác tia vũ trụ trong bầu trời phía trên kính thiên văn lớn hơn nhiều so với lượng muon trông đợi từ các tương tác neutrino


Khắc phục: đặt sâu trong nước hay tảng băng, với các bộ phận máy dò hạt nhìn xuống xuyên qua trái đất.

Trái đất được sử dụng làm bộ lọc hấp thụ các muon khí quyển muon nào tiến đến xuyên qua trái đất mới được chấp nhận

Yêu cầu thể tích lớn của môi trường rất trong suốt và tốc độ chậm của dòng muon khí quyển xây dựng ở những nơi rất đặc biệt


Thể tích 1km3

Máy dò hạt Baikal ở hồ Baikal

Loạt máy dò muon và neutrino Nam Cực (AMANDA)


Một muon đến từ tương tác neutrino ở kính thiên văn AMANDA tại Nam Cực.


AMANDA gồm 677 máy dò ánh sáng triển khai ở 19 lỗ sâu trong tảng băng ở nền Amundsen-Scott tại Nam Cực

Kính thiên văn AMANDA phát hiện 3-4 neutrino mỗi ngày, phù hợp với số lượng mong đợi của neutrino khí quyển.

Chứng minh rằng kĩ thuật máy dò hạt Cherenkov cỡ lớn đã trưởng thành & sẵn sàng cho tìm kiếm neutrino năng lượng cao

Dự án mới

IceCube (80 loạt máy dò sáng (tổng cộng 4800) sâu từ 1450 đến 2450 m tại cùng địa điểm với AMANDA

ANTARES: Thiên văn học với Kính thiên văn neutrino và Nghiên cứu môi trường trong lòng trái đất (ngoại vi Toulou ở Pháp)

NESTOR: Kính thiên văn neutrino tàu ngầm mở rộng với Nghiên cứu Hải dương học (ngoại vi Pylos ở Hi Lạp)

NEMO: Đài quan trắc neutrino Địa Trung Hải (ngoại vi Sicily ở Italy)

Dự án mới

Kính thiên văn neutrino ANTARES ở

Địa Trung Hải

Dự án mới

Mục tiêu phát hiện nhiều neutrino GZK sinh ra khi các tia vũ trụ năng lượng cao nhất va chạm với nền vi sóng từ thời Big Bang dự án máy dò hạt > 1km3

Sử dụng sóng vô tuyến do có thể truyền đi lâu hơn trong vật chất mà không bị hấp thụ thể tích máy dò hạt lớn hơn

Dự án mới

Dự án Thí nghiệm Cerenkov băng vô tuyến (RICE) nghiên cứu kĩ thuật sóng vô tuyến ở Nam Cực tại AMANDA

Loạt xung lực nhất thời Nam Cực (ANITA) là một thí nghiệm khí cầu ở Nam Cực. Khí cầu với các máy thu vô tuyến ANITA sẽ lưu thông

ở độ cao 37 km trong vài hành trình (30 ngày) trên các tảng băng và tìm kiếm tương tác neutrino năng lượng cao trong băng. “Thể tích máy dò” sẽ là hàng nghìn km khối.

Dự án mới

Tìm kiếm tương tác neutrino năng lượng cao trong

băng với thí nghiệm khí cầu

ANITA

Dự án mới

Dự án GLUE tìm kiếm sóng vô tuyến phát ra từ các tương tác neutrino trên bề mặt mặt trăng

Đài quan sát không gian vũ trụ rất xa (EUSO) Máy thu ánh sáng góc rộng quỹ đạo (OWL) (tìm

kiếm các tương tác neutrino trong bầu khí quyển với thể tích máy dò hạt vài nghìn kilomet khối)

Kết luận

Cuộc săn tìm neutrino năng lượng cao đến từ vũ trụ chỉ mới bắt đầu và, trong tương lai gần, chúng ta hi vọng sẽ biết được những sự thật lí thú mới về vũ trụ đầy quyến rũ của chúng ta

LOGO

Hoàng Nhật Quang K0904510

Trần Nguyễn Quốc Việt K0904796

Nguyễn Văn Tuấn K0904748

neutrino thiên văn học

Documents