Một tập hợp các nhà khoa học quốc tế ở Italia, những người dành nhiều thời gian nghiên cứu các hạt neutrino được cho là có tốc độ di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, đã vừa lên tiếng bác bỏ thông tin gây sốc này.
2 lần thí nghiệm, kết quả khó tin
Trong thí nghiệm mang tên OPERA, một luồng hạt neutrino đã được tăng tốc bằng máy gia tốc hạt SPS và bắn từ ngoại ô thành phố Geneva, Thụy Sỹ, tới một máy thu thuộc Phòng nghiên cứu Gran Sasso ở Italia, cách đó hơn 700km. Kết quả các nentrino này đã tới đích nhanh hơn 60 nano giây so với tốc độ ánh sáng, tức khoảng 300.006 km/giây. Sai số của thí nghiệm này chỉ là 10 nano giây.
Phát hiện của CERN đã khiến cộng đồng khoa học choáng váng, bởi nó đảo lộn thuyết tương đối của Albert Einstein. Trong thuyết tương đối hẹp (hay thuyết tương đối đặc biệt), được công bố vào năm 1905, Einstein nói không có bất kỳ vật chất nào trong vũ trụ có thể di chuyển nhanh hơn tốc độ của ánh sáng (299.792 km/giây) trong môi trường chân không. Việc học thuyết của ông bị chứng minh là sai sẽ dẫn tới một hiệu ứng domino khác, đánh sập mọi nghiên cứu vật lý dựa trên thuyết tương đối và đó thực sự là một thảm hoạ với cộng đồng khoa học.
Nhằm chứng minh mình không hề sai, CERN đã tiến hành lại thí nghiệm, với mức độ chuẩn xác cao hơn. Lần này các nhà khoa học đo đạc kỹ thời điểm chùm neutrino được phóng xuống hệ thống đường ngầm dài 730km nối Geneva với Italia. Kết quả là chùm neutrino được phát hiện đã đi đến đích nhanh hơn ánh sáng tới 57 nano-giây.
Hệ thống đường ngầm thí nghiệm.
Mặc dù vậy, ông Fernando Ferroni, Chủ tịch Viện nghiên cứu Vật lý Nguyên tử Italia (IINP) vẫn khẳng định kết luận cuối cùng chỉ được đưa ra sau khi các nhà khoa học trên khắp thế giới thực hiện thí nghiệm tương tự để đo tốc độ hạt neutrino.
"Việc đo đạc ở mức độ nhỏ như vậy, với kết quả có tác động vô cùng lớn lao với ngành vật lý sẽ yêu cầu một mức độ xem xét cực kỳ kỹ lưỡng và cẩn thận" - ông Ferroni nói - "Kết quả tích cực của thử nghiệm khiến chúng tôi tin tưởng hơn vào kết luận (neutrino nhanh hơn ánh sáng), dù kết luận cuối cùng chỉ có thể được đưa ra bởi các đo đếm tương tự diễn ra ở nơi khác trên thế giới."
Có sai lầm trong đo đạc?
Nghiên cứu của CERN đã gây tranh cãi lớn trong cọng đồng khoa học. Nhưng trong khi các thành viên nhóm thử nghiệm OPERA khẳng định kết quả của họ là chính xác thì một nhóm thử nghiệm khác cũng ở Gran Sacco mang tên ICARUS đã nói điều ngược lại. Họ cho rằng cách thức đo đạc tốc độ của neutrino "có vấn đề" và mức năng lượng của các hạt neutrino khi chúng tới đích chính là yếu tố đã làm lộ ra sai lầm.
ICARUS đã đăng báo cáo của họ trên trang web http://arxiv.org/abs/1110.3763v2, nói rằng các phát hiện của họ cho thấy neutrino không hề đi nhanh hơn ánh sáng. ICARUS cho biết gần đây 2 nhà vật lý hàng đầu của Mỹ ở Đại học Boston là Andrew Cohen và Sheldon Glashow có đặt nghi vấn rằng nếu các hạt neutrino di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, chúng sẽ mất năng lượng do trong quá trình di chuyển bị mất đi các electron và positron.
Hệ thống máy thu và đo đạc các hạt neutrino của nhóm OPERA.
"OPERA chỉ đo đạc thời gian di chuyển của neutrino và dĩ nhiên là tốc độ của chúng, trong khi ICARUS lại theo dõi mức năng lượng của các hạt neutrino tới đích. Họ thấy rằng neutrino không mất năng lượng trên đường đi. Vấn đề ở đây nằm ở chỗ nếu neutrino mất năng lượng, chúng sẽ di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Đây là một dấu hiệu đặc trưng, giống như ta biết thứ gì đó đang đi nhanh hơn tốc độ âm thanh nhờ tiếng nổ âm (sonic boom) do nó tạo ra" - giáo sư Glashow, người từng được trao giải Nobel Vật lý hồi năm 1979 cho biết.
"Thường chúng ta sẽ thấy hiệu ứng này, trong trường hợp các hạt đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng xuyên qua những vật thể trong suốt như nước, khi ánh sáng bị giảm tốc đáng kể. Tương tự, neutrino di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng cũng sẽ bị mất đi các hạt electron và photon do vướng phải các trở ngại này, và vì thế sẽ mất đi năng lượng. Nhưng thực tế cho thấy neutrino vẫn giữ năng lượng như khởi đầu, có nghĩa chúng không đi nhanh hơn ánh sáng"
Khi nhóm ICARUS nghiên cứu lại kết quả thử nghiệm theo gợi ý của Cohen và Glashow, họ không tìm được bằng chứng nào cho thấy các hạt neutrino đã mất đi năng lượng giống như hai ông miêu tả. Kết quả này đã khiến nhiều nhà vật lý tin rằng kết quả nghiên cứu của OPERA có sai sót.
Nhà vật lý Tomasso Dorigo, người đang làm việc tại cả CERN và phóng nghiên cứu Fermilab của Mỹ, đã lập tức nhận xét trên trang web Scientific Blogging rằng thông tin phản biện của ICARUS rất "đơn giản, nhưng đã chứa đáp án cuối cùng". Ông đánh giá "sự khác biệt giữa tốc độ của neutrino với tốc độ ánh sáng không thể lớn như những gì đã diễn ra trong thí nghiệm OPERA và chắc chắn tốc độ neutrino phải nhỏ hơn".
Tiếp tục chờ đợi
Hiện các thí nghiệm tương tự đang được chuẩn bị tại Fermilab và phòng nghiên cứu KEK ở Nhật Bản, nhằm lặp lại các kết quả nghiên cứu của OPERA. Chỉ trong trường hợp tất cả những nơi trên cùng xác nhận tốc độ neutrino nhanh hơn tốc độ ánh sáng, thuyết tương đối của Einstein mới được chứng minh là sai và nền vật lý hiện đại khi ấy mới thực sự bị đảo lộn.
