Bạn đang sống giữa một “cơn mưa” hạt vô hình mà không hề biết
Hiện tượng hàng trăm nghìn tỷ hạt neutrino và hàng trăm hạt muon từ bức xạ vũ trụ Trái Đất đi xuyên qua cơ thể mỗi giây là kết quả của những quá trình vật lý hạt nhân hiện đại xảy ra trong Mặt Trời, khí quyển và các sự kiện năng lượng cao trong vũ trụ, nhưng chúng tương tác rất yếu nên con người hoàn toàn không cảm nhận được.
Điều gây sốc không phải là con số, mà là việc chúng ta gần như phớt lờ một thực tế: cơ thể mình không hề “đóng kín”. Ngay lúc này, khoảng 100.000 tỷ hạt neutrino vũ trụ đang đi xuyên qua bạn trong mỗi giây, và đó mới chỉ là ước tính bậc trung bình. Cùng lúc, mỗi giây ở gần mực nước biển có thể có hàng trăm hạt muon xuyên qua cơ thể bạn. Nếu nghĩ kỹ, câu hỏi không phải là “có hạt nào đâm vào chúng ta không?”, mà là “tại sao chúng ta vẫn cảm thấy… chẳng có gì xảy ra?”.
Câu trả lời nằm ở chỗ những hạt vô hình vũ trụ này tương tác cực kỳ yếu với vật chất, khiến mọi giác quan của ta bất lực. Chính sự “thờ ơ” này làm chúng an toàn trong đời sống thường ngày, nhưng lại biến chúng thành những sứ giả lý tưởng để đọc được câu chuyện sâu kín của vũ trụ.
Neutrino: hạt ma đi xuyên Trái Đất như xuyên… khoảng trống
Nếu phải chọn một biểu tượng cho mức độ “nhỏ mà có võ” của vật lý hạt nhân hiện đại, neutrino là ứng viên sáng giá. Theo các đài quan sát như IceCube, khoảng 100.000 tỷ neutrino đi qua cơ thể một người mỗi giây, và trên toàn cầu con số có thể lên tới hàng chục đến hàng trăm nghìn tỷ hạt mỗi giây tùy điều kiện. Đó là một câu nói đáng trích: “Mỗi giây, cơ thể con người bị hàng chục nghìn tỷ đến hàng trăm nghìn tỷ hạt neutrino đi xuyên qua”.
Neutrino được sinh ra trong các phản ứng hạt nhân bên trong Mặt Trời, trong khí quyển Trái Đất, các ngôi sao và những sự kiện thiên văn có năng lượng rất lớn. Nói cách khác, mỗi hạt neutrino vũ trụ đi xuyên qua bạn là một mẩu thông tin trực tiếp từ các lò phản ứng tự nhiên của vũ trụ. Chúng không mang điện, có khối lượng cực nhỏ và tương tác với vật chất chủ yếu qua lực hạt nhân yếu, khiến xác suất va chạm với một nguyên tử trên đường đi cực kỳ thấp.
Chính vì thế, phần lớn neutrino đi xuyên qua cơ thể và cả Trái Đất mà không để lại dấu hiệu có thể nhận biết. Về mặt trải nghiệm, chúng ta là “trong suốt” trước các hạt này; nhưng về mặt khoa học, đây là cơ hội vàng: nếu đo được neutrino, ta có thể đọc được trực tiếp hoạt động trong Mặt Trời và những vùng vũ trụ mà ánh sáng khó thoát ra.
Muon: hạt xuyên phá giúp “soi” kim tự tháp và núi lửa
Nếu neutrino là hạt ma gần như không chạm vào thế giới, thì muon là “người khách vô hình” có phần thực dụng hơn. Muon sinh ra khi tia vũ trụ – chủ yếu là proton và hạt nhân nguyên tử – đâm vào khí quyển, tạo nên những trận mưa hạt thứ cấp trút xuống Trái Đất. Muon thuộc nhóm lepton, có khối lượng lớn hơn electron khoảng 207 lần và có thể mang điện tích dương hoặc âm.
Ở gần mực nước biển, thông lượng muon trung bình khoảng một hạt trên mỗi cm² mỗi phút. Nếu lấy diện tích cắt ngang cơ thể người khoảng 1 m², mỗi giây có thể có hàng trăm hạt muon xuyên qua chúng ta – một con số ấn tượng nếu nhớ rằng ta không cảm thấy bất cứ điều gì. Các hạt hạ nguyên tử này đi qua Trái Đất và cơ thể người nhưng hầu như không thể cảm nhận bằng các giác quan.
Điều thú vị là chính khả năng xuyên qua vật chất khá tốt khiến muon trở thành công cụ khảo sát tự nhiên. Phương pháp muography đo lượng hạt muon xuyên qua công trình để suy ra cấu trúc bên trong, tương tự chụp X-quang nhưng ở quy mô lớn hơn rất nhiều. Năm 2017, các nhà khoa học đã dùng muon để phát hiện khoảng rỗng “Big Void” bên trong Đại kim tự tháp Khufu – một minh chứng rõ ràng rằng các hạt muon xuyên qua không chỉ là hiện tượng lý thuyết mà đã trở thành dụng cụ đo đạc không đụng hàng trong tay con người.
Làm sao “bắt” được những hạt gần như không bao giờ va chạm?
Nói thì dễ: hạt vô hình vũ trụ liên tục đi xuyên qua cơ thể và Trái Đất; nhưng nếu chúng ít tương tác đến mức ta không thấy gì, làm sao các nhà khoa học đo được chúng? Câu trả lời là phải chơi theo “luật” của chúng: dùng khối vật chất khổng lồ, đặt trong môi trường yên tĩnh và chờ đợi những tương tác hiếm hoi xảy ra.
Các đài quan sát như IceCube ở Nam Cực không trực tiếp nhìn thấy neutrino. Thay vào đó, chúng cài đặt các cảm biến sâu trong băng, chờ khoảnh khắc cực hiếm khi một neutrino tương tác với vật chất. Khi đó, các hạt tích điện thứ cấp được tạo ra và phát ra ánh sáng Cherenkov – một dạng “vệt sáng siêu thanh” trong môi trường trong suốt. Những cảm biến quang học ghi lại ánh sáng này, từ đó truy ngược lại hướng và năng lượng của neutrino.
Ưu thế của neutrino là chúng không bị lệch bởi từ trường và ít bị hấp thụ, nên có thể mang thông tin trực tiếp từ những môi trường cực đoan như siêu tân tinh, nhân thiên hà hoạt động hay vùng lân cận các vật thể cực mạnh. Nói cách khác, chúng là “kênh tin tức” độc lập với ánh sáng, mở thêm một giác quan mới cho thiên văn học. Việc theo dõi những hạt tưởng như phớt lờ chúng ta lại giúp con người bớt mù mờ trước phần vũ trụ tối tăm nhất.
Bức xạ vũ trụ, nguy cơ sức khỏe và lý do chúng ta nên quan tâm
Khi nghe đến cụm từ “bức xạ vũ trụ Trái Đất”, phản xạ đầu tiên của nhiều người là lo lắng. Tuy nhiên, đặt hiện tượng vào bức tranh rộng hơn sẽ thấy: bức xạ vũ trụ là một phần của bức xạ nền tự nhiên mà con người luôn tiếp xúc trong cuộc sống hằng ngày. Theo Ủy ban Khoa học Liên Hợp Quốc về Ảnh hưởng của Bức xạ Nguyên tử, liều hiệu dụng trung bình toàn cầu từ bức xạ vũ trụ khoảng 0,39 mSv mỗi năm, trong khi tổng liều từ các nguồn tự nhiên vào khoảng 2,4 mSv mỗi năm. Đây là con số đáng trích vì nó cho thấy bức xạ vũ trụ chỉ là một phần nhỏ của nền phơi nhiễm thông thường.
Dĩ nhiên, liều này không giống nhau mọi nơi: càng lên cao, khí quyển bảo vệ càng mỏng nên mức phơi nhiễm tăng, khiến người sống ở vùng cao hoặc thường xuyên đi máy bay tiếp xúc nhiều hơn. Nhưng điều quan trọng là không đánh đồng “tồn tại bức xạ” với “an toàn tuyệt đối” hay “chắc chắn nguy hiểm” – rủi ro luôn phụ thuộc vào cường độ và thời gian phơi nhiễm.
Ở mức trên mặt đất, những hạt neutrino và hạt muon xuyên qua cơ thể chủ yếu mang ý nghĩa khoa học hơn là nguy cơ sức khỏe. Chúng là bằng chứng sống động cho các quá trình vật lý đang diễn ra trong Mặt Trời, trong khí quyển và khắp vũ trụ, liên tục ảnh hưởng đến Trái Đất mà chúng ta ít khi để ý. Việc hiểu rõ những hạt vô hình vũ trụ này không chỉ giúp đánh giá đúng mức độ rủi ro bức xạ, mà còn mở ra cách nhìn bớt “địa tâm” hơn: mỗi giây, ngay trong cơ thể mình, chúng ta đang nhận tin nhắn vi mô từ vũ trụ rộng lớn.
