HỎI. Phải ở gần một siêu tân tinh tới mức nào thì bạn sẽ bị nhiễm lượng phóng xạ đủ gây chết người từ neutrino?
— Tiến sĩ Donald Spector
ĐÁP. “Lượng phóng xạ đủ gây chết người từ neutrino” là một khái niệm lạ. Sau khi nghe thấy cụm từ này, tôi đã phải suy nghĩ vài lần về nó.
Nếu không phải là một người đam mê vật lý, bạn sẽ không cảm thấy nó kỳ quặc. Dưới đây là một lời giải thích nho nhỏ cho lý do tôi thấy cụm từ này là một ý tưởng đáng ngạc nhiên:
Neutrino là các hạt bóng ma gần như không tương tác với thế giới một tí nào. Hãy nhìn vào tay bạn – mỗi giây có khoảng 1.000 tỷ hạt neutrino phát ra từ Mặt trời đang đi xuyên qua nó.
OK, giờ bạn có thể thôi nhìn vào tay mình được rồi đấy.
Lý do bạn không cảm nhận được lượng neutrino nhiều như thác lũ này là vì chúng hầu như trơ với vật chất thông thường. Bình quân vài ba năm mới có một hạt neutrino trong cơn lũ khổng lồ ấy “đụng” vào một nguyên tử trong cơ thể chúng ta.[1]
Trên thực tế, các hạt neutrino mờ ảo đến nỗi toàn bộ Trái đất của chúng ta hoàn toàn trong suốt đối với chúng; gần như toàn bộ các dòng neutrino sinh ra từ Mặt trời sẽ xuyên thẳng qua Trái đất mà không bị ảnh hưởng gì. Để có thể phát hiện ra hạt neutrino, người ta cho xây những bồn chứa khổng lồ đổ đầy hàng trăm tấn vật liệu bia (target material) với hy vọng ghi được tương tác của một hạt neutrino mặt trời.
Điều đó có nghĩa là khi một máy gia tốc hạt (có tạo ra neutrino) muốn phát đi một tia neutrino tới một đầu thu đặt ở nơi nào đó trên thế giới, nó chỉ cần nhắm thẳng vào đầu thu – ngay cả khi nó nằm ở phía bên kia của Trái đất!
Đó là lý do tại sao cụm từ “lượng phóng xạ đủ gây chết người từ neutrino” lại nghe lạ lùng đến vậy – nó hòa trộn các thang đo theo một cách không ăn nhập gì với nhau. Giống như câu thành ngữ “bị một chiếc lông hạ gục” hay cụm từ “kiến đầy sân bóng đá”[2]. Nếu bạn có học toán thì nó nhìn cũng giống như biểu thức “ln(x)e”, không phải vì nó vô nghĩa theo nghĩa đen, mà là vì bạn không thể nghĩ ra nổi hoàn cảnh nào phải dùng tới nó.[3]
Giống như vậy, thật khó để tạo ra đủ lượng neutrino chỉ để nhận được duy nhất một hạt trong đó tương tác với vật chất, càng lạ lùng hơn khi hình dung ra kịch bản trong đó có đủ lượng neutrino để làm tổn thương bạn.
Nhưng siêu tân tinh lại cho bạn kịch bản ấy.[4] Tiến sĩ Spector – nhà vật lý thuộc đại học Hobart & William Smith – người đã hỏi tôi câu hỏi này, đã chia sẻ với tôi một kinh nghiệm của anh ấy khi ước tính các con số liên quan tới siêu tân tinh: dù bạn có nghĩ các siêu tân tinh là lớn tới đâu, thì chúng luôn lớn hơn mức bạn tưởng.
Đây là một câu hỏi để cho bạn hình dung về độ lớn. Cái nào dưới đây sẽ sáng hơn, dựa theo lượng năng lượng được truyền tới võng mạc của bạn:
Một siêu tân tinh cách ta một khoảng tương đương khoảng cách từ Trái đất tới Mặt trời, hay vụ nổ của một quả bom khinh khí gí sát mắt bạn?
Anh có thể kích nổ nhanh nhanh một chút được không? Nó nặng lắm.
Theo kinh nghiệm tính toán của tiến sĩ Spector thì siêu tân tinh sáng hơn. Và quả đúng là như vậy, nó sáng hơn… tới chín bậc lũy thừa.
Vì vậy đây là lý do tại sao câu hỏi này lại hay đến như vậy: siêu tân tinh lớn tới mức ngoài sức tưởng tượng, còn neutrino thì lại có tác động nhỏ tới mức ngoài sức tưởng tượng. Tại điểm nào thì hai thứ ngoài sức tưởng tượng này có thể khử lẫn nhau để gây ra một ảnh hưởng đáng kể đối với thước đo của con người?
Một bài báo của chuyên gia phóng xạ Andrew Karam cho ta câu trả lời. Nó giải thích rằng ở một loại siêu tân tinh nhất định, loại hình thành từ sự suy sụp nhân của một ngôi sao thành sao neutron, sẽ sinh ra 1057 hạt neutrino (mỗi một proton của ngôi sao sẽ phân rã thành một neutron).
Karam tính toán rằng liều lượng phát xạ neutrino ở khoảng cách 1 parsec[5] sẽ vào khoảng nửa nanosievert, hay bằng 1/500 lượng phóng xạ nhận được khi ăn một quả chuối.[6]
Liều lượng phóng xạ gây chết người là khoảng 4 sievert. Sử dụng định luật bình phương nghịch đảo bạn có thể tính toán được liều lượng phát xạ:
Kết quả này lớn hơn khoảng cách từ Mặt trời tới Sao Hỏa một chút.
Sự suy sụp của nhân siêu tân tinh xảy ra ở các ngôi sao khổng lồ, nên nếu đứng quan sát một siêu tân tinh từ khoảng cách trên, bạn có lẽ sẽ nằm trong lớp vỏ ngoài của ngôi sao tạo ra nó.
GRB 080319B là một sự kiện mãnh liệt nhất từng được quan sát, đặc biệt là đối với những ai đang trôi cạnh nó trên chiếc ván lướt sóng.
Ý tưởng về sự phá hủy của bức xạ neutrino tái khẳng định kích thước của siêu tân tinh. Nếu bạn quan sát một siêu tân tinh ở khoảng cách 1 AU, và bằng cách nào đó bạn không bị cháy thành tro, bị bốc hơi và chuyển thành một dạng plasma kỳ quái – thì thậm chí lượng neutrino bóng ma nhiều như thác cũng đủ đậm đặc để giết chết bạn.
Nếu chiếc lông vũ bay đủ nhanh thì chắc chắn nó cũng quật bạn ngã chổng vó.
❀ ❀ ❀
[1] Tương tự, thang đo cường độ gió F (Fujita) đã được thay thế bằng thang EF (Fujita mở rộng). Đôi khi, một đơn vị đo trở nên lỗi thời bởi vì xài nó rất kinh khủng – chẳng hạn, “kip” (1.000 pound lực), “kcfs” (hàng nghìn foot khối mỗi giây), và “độ Rankine” (độ F trên độ không tuyệt đối). (Tôi đã phải đọc các bài báo kỹ thuật sử dụng các đơn vị này.) Những khi khác, bạn có thể nhận thấy rằng các nhà khoa học chỉ muốn có thứ gì đó để “chỉnh” mọi người.
[2] Trong phim Star Wars, con tàu Death Star bắn một chùm tia phá hủy toàn bộ Alderaan chỉ trong một phần tí teo của giây. (ND)
[3] Một khẩu súng vạn năng, không thể bị phá hủy nhưng ta có thể nắm giữ mà không lo cánh tay bị xé nát. Đừng lo lắng, chuyện đó sau này sẽ xảy ra ngay!
[4] …trừ phi Kyp Durron sử dụng Thần lực để lôi nó lên.
[5] Nguyên văn: Tickling the dragon’s tail.
[6] Khi kéo tay ra, hãy để ý đến những triệu chứng của bệnh giảm áp suất do các bọt nitơ trong mạch máu ở tay.
