NEUTRINO NÀO NẶNG NHẤT? JUNO NGHIÊNG VỀ MỘT PHÍA

Neutrino nổi tiếng là khó bắt. Việc phát hiện chúng “dao động” — đổi loại trong khi di chuyển — đã xác lập rằng chúng có khối lượng. Có ba loại (hay ba “vị”) neutrino, và mỗi loại là sự pha trộn của ba trạng thái khối lượng. Các nhà vật lý đã đo được các khối lượng ấy cách nhau bao xa. Họ vẫn chưa biết chúng xếp theo thứ tự nào.

Còn lại hai khả năng. Trong thứ tự thuận (normal ordering), trạng thái khối lượng thứ ba nặng hơn trạng thái thứ nhất; trong thứ tự đảo (inverted ordering), nó nhẹ hơn. Các thí nghiệm dùng chùm tia từ máy gia tốc và neutrino từ khí quyển tiếp cận câu hỏi này qua cách vật chất bẻ cong các dao động, nhưng câu trả lời của chúng bị rối vào những ẩn số khác. Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO) tấn công theo cách khác: từ dao động thuần túy, trong chân không, của các phản neutrino thoát ra từ lò phản ứng hạt nhân.

Một quả cầu khổng lồ dưới ngọn đồi

JUNO nằm bên dưới đồi Dashi ở Quảng Đông, Trung Quốc, dưới 650 mét đá. Trái tim của nó là 20.000 tấn chất lỏng nhấp nháy — một chất lỏng phát sáng khi có hạt đi qua — bên trong một quả cầu acrylic được khoảng 17.600 cảm biến ánh sáng lớn và 25.600 cảm biến nhỏ theo dõi.

Các phản neutrino đến từ tám lõi lò phản ứng của các nhà máy điện hạt nhân Dương Giang và Đài Sơn, cách trung bình 52,5 kilômét. Khi một phản neutrino va vào một proton, nó tạo ra một positron và một neutron. Chớp sáng của positron cho biết năng lượng; việc neutron bị bắt giữ ngay sau đó xác nhận sự kiện.

Ở khoảng cách đó, phổ năng lượng mang một làn sóng chậm với những gợn nhanh chồng lên trên. Các gợn sóng ấy chứa thông tin về thứ tự khối lượng. Đọc được chúng đòi hỏi độ phân giải năng lượng đặc biệt cao — khoảng 3,5% ở tâm máy dò — và hiểu biết hoàn hảo về phổ của lò phản ứng trước mọi dao động. Lần đầu tiên, nhóm dùng cho việc này một máy dò nhỏ đặt ngay cạnh một lõi lò Đài Sơn, TAO.

Phổ năng lượng của 8.294 sự kiện: dữ liệu (đen) nằm thấp hơn nhiều so với những gì sẽ thấy nếu không có dao động (xám). — Hình 3, JUNO Collaboration (2026), arXiv:2609.37895.

207 ngày, 8.294 phản neutrino

Phân tích bao gồm 207,2 ngày dữ liệu, từ 30 tháng 8 năm 2025 đến 18 tháng 5 năm 2026 — gấp hơn ba lần phân tích đầu tiên của JUNO. Nó được thực hiện theo phương pháp mù, và ba nhóm độc lập đã tiến hành song song với kết quả nhất quán.

• Các tham số “Mặt Trời”, vốn điều khiển làn sóng chậm, đạt độ chính xác 2,1% và 1,1%: những phép đo chính xác nhất thế giới, nay lại được cải thiện.
• Khoảng cách khối lượng lớn, Δm²₃₁, lần đầu tiên được JUNO đo, với độ chính xác khoảng 1%: +2,509 × 10⁻³ eV² nếu thứ tự là thuận, −2,482 × 10⁻³ eV² nếu đảo.

Với lượng dữ liệu này, riêng JUNO vẫn thấy vài lời giải khả dĩ cho khoảng cách đó; một phép đo trước đây của thí nghiệm Daya Bay chọn ra lời giải đúng, còn JUNO quyết định độ chính xác.

Một dấu hiệu nghiêng về “thuận”

Để cân nhắc hai thứ tự, nhóm nghiên cứu bổ sung các giá trị khoảng cách khối lượng đo được từ các thí nghiệm máy gia tốc. Độ vênh giữa kết quả từ lò phản ứng và từ máy gia tốc lớn hơn theo giả thuyết đảo. Kết quả: thứ tự đảo bị bất lợi ở mức 2,1 sigma (giá trị p khoảng 2%), bất kể giá trị của pha CP chưa biết. Một phân tích Bayes độc lập cho tỷ lệ cược 10,18 ăn 1 nghiêng về thứ tự thuận.

Trên: giá trị đo được (đường nét đứt) so với các thí nghiệm mô phỏng cho từng thứ tự. Dưới: phân tích Bayes, với hệ số 10,18 nghiêng về thứ tự thuận. — Hình 8, JUNO Collaboration (2026), arXiv:2609.37895.

Nhóm hợp tác gọi đây là một “dấu hiệu”, dấu hiệu đầu tiên từ JUNO. Một khám phá thực sự cần mức ý nghĩa cao hơn nhiều, và thêm nhiều năm dữ liệu. Trong quá trình đó, máy dò còn đo được thông lượng neutrino địa cầu (geoneutrino) — các phản neutrino từ urani và thori bên trong Trái Đất — với cái mà các tác giả mô tả là mẫu ứng viên lớn nhất từng được thu thập.

Nhóm hợp tác JUNO gồm 62 cơ sở, trong đó có Viện Vật lý Năng lượng Cao ở Bắc Kinh.