PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Vân (thứ hai từ trái) cùng nhóm T2K-Vietnam tại đầu dò Super-Kamiokande ở Nhật Bản. Ảnh: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Một chùm neutrino được tạo ra tại tổ hợp máy gia tốc J-PARC ở Tokai, Nhật Bản. Sau đó, những hạt gần như không tương tác với vật chất này đi xuyên qua khoảng 295 km lòng đất để tới máy dò Super-Kamiokande ở Kamioka. Không có một đường ống dài 295 km nối hai điểm; neutrino đơn giản đi qua Trái Đất và chỉ một phần rất nhỏ để lại tín hiệu khi tới máy dò.

Trong thí nghiệm T2K, PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Vân, nghiên cứu viên cao cấp tại Trung tâm Vật lý lý thuyết, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, theo đuổi chính những tín hiệu hiếm ấy. Hồ sơ chính thức của Viện Vật lý xác nhận bà nhận bằng tiến sĩ Vật lý tại Đại học Paris-Sud năm 2011, hiện mang chức danh phó giáo sư và nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý năng lượng cao.

Câu hỏi mà T2K muốn tiếp cận nghe có vẻ rất xa đời sống: neutrino và phản neutrino có tuân theo hoàn toàn cùng một quy luật khi biến đổi từ loại này sang loại khác hay không? Nhưng phía sau câu hỏi ấy là một trong những khoảng trống lớn của vật lý hiện đại: tại sao vũ trụ quan sát được ngày nay chứa vật chất nhiều hơn phản vật chất.

295 km để quan sát một hạt đổi “danh tính”

Neutrino tồn tại ở ba trạng thái thường được gọi là ba “hương” - electron, muon và tau. Một neutrino sinh ra dưới dạng này có thể được phát hiện dưới dạng khác sau khi di chuyển đủ xa; hiện tượng đó được gọi là dao động neutrino. Các phép đo dao động đã chứng minh neutrino có khối lượng, dù rất nhỏ, và buộc vật lý hạt phải đi xa hơn mô tả đơn giản ban đầu của Mô hình Chuẩn.

T2K chủ động tạo một chùm neutrino muon hoặc phản neutrino muon tại J-PARC. Các máy dò gần giúp xác định đặc điểm của chùm hạt trước khi dao động; 295 km sau, Super-Kamiokande ghi nhận những gì còn lại và những trạng thái mới xuất hiện. Khi so sánh dữ liệu neutrino với phản neutrino, các nhà vật lý có thể thu hẹp vùng giá trị của những tham số mô tả dao động, trong đó có pha δCP liên quan đến khả năng vi phạm đối xứng CP.

PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Vân (bên trái) cùng các cộng sự trong nhóm nghiên cứu vật lý neutrino. Ảnh: NVCC/VietTimes.

Với PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Vân, phần việc không dừng ở việc đứng tên trong một hợp tác quốc tế đông thành viên. Nhiệm vụ hợp tác Việt Nam - Nhật Bản do bà phụ trách phía Việt Nam trong giai đoạn 2020–2023 ghi nhận nhóm sử dụng và phát triển NEUT - phần mềm mô phỏng tương tác neutrino với hạt nhân; tham gia phân tích các tham số dao động và vi phạm CP; đồng thời tham gia WAGASCI, giám sát chùm neutrino ở J-PARC và xây dựng các hệ máy dò gần như INGRID, SuperFGD. Nhiệm vụ được Viện Hàn lâm đánh giá xuất sắc.

Một nhiệm vụ hỗ trợ nghiên cứu tiếp theo do PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Vân làm chủ nhiệm trong giai đoạn 2024–2025 tiếp tục đặt mục tiêu tham gia T2K và phát triển các nghiên cứu lý thuyết về vật lý năng lượng cao. Hồ sơ công bố của Viện Vật lý ghi nhận riêng năm 2025 có năm bài báo quốc tế mang tên Nguyễn Thị Hồng Vân, gồm các công trình trên Physical Review Letters, Physical Review D và Progress of Theoretical and Experimental Physics. Với các bài của T2K, đó là kết quả tập thể của một hợp tác lớn, không thể quy toàn bộ phát hiện cho một cá nhân.

Những dự án như T2K cũng cho thấy một đặc điểm của khoa học hiện đại: có những câu hỏi chỉ có thể trả lời bằng mạng lưới thiết bị, dữ liệu và chuyên môn của nhiều nhóm. Trong một lĩnh vực khác, Phụ nữ Mới từng giới thiệu những nhà khoa học Việt Nam dùng tín hiệu rất yếu để đọc vũ trụ, từ sóng hấp dẫn tới các nguồn thiên văn xa.

Tìm một khác biệt rất nhỏ

CP là tổ hợp của hai phép biến đổi: đổi hạt thành phản hạt và đảo chiều không gian. Nếu tự nhiên bảo toàn đối xứng này hoàn toàn trong dao động neutrino, neutrino và phản neutrino về nguyên tắc sẽ biểu hiện tương ứng theo những quy luật đối xứng. Một sai khác có ý nghĩa thống kê có thể là dấu hiệu CP bị vi phạm trong phần lepton của vật lý hạt.

Năm 2020, T2K công bố trên Nature nghiên cứu “Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations”. Danh sách tác giả của hợp tác có Nguyễn Thị Hồng Vân. Công trình đã thu hẹp đáng kể vùng giá trị của pha δCP và tạo thêm bằng chứng thực nghiệm để tiếp tục kiểm tra khả năng vi phạm CP ở neutrino, nhưng không phải lời giải cuối cùng cho sự bất đối xứng vật chất - phản vật chất của vũ trụ.

Hai dạng vòng ánh sáng Cherenkov dùng để phân biệt tín hiệu giống electron và giống muon trong Super-Kamiokande. Hình của T2K Collaboration, giấy phép CC BY 4.0.

Phân tích chung đầu tiên giữa dữ liệu neutrino khí quyển của Super-Kamiokande và neutrino máy gia tốc T2K, xuất bản trên Physical Review Letters năm 2025, tiếp tục siết chặt các tham số dao động. Với phương pháp phân tích được nhóm sử dụng, giá trị bảo toàn CP của bất biến Jarlskog bị loại ở mức khoảng 1,9–2,0 sigma. Đây là một gợi ý thống kê đáng theo dõi, nhưng còn xa chuẩn 5 sigma thường được vật lý hạt sử dụng để tuyên bố một phát hiện.

Sự thận trọng này rất quan trọng. Việc tìm thấy vi phạm CP trong khu vực neutrino, nếu cuối cùng được xác nhận với độ tin cậy cao, sẽ cung cấp một đầu mối thực nghiệm quan trọng cho các mô hình tìm cách giải thích sự chênh lệch giữa vật chất và phản vật chất. Nhưng phép đo δCP ở năng lượng thấp không tự động chứng minh cơ chế tạo ra lượng vật chất dư thừa sau Vụ Nổ Lớn; giữa hai vấn đề vẫn còn những bước lý thuyết và thực nghiệm phải kiểm chứng.

Cũng vì thế, giá trị của công việc hiện tại không nằm ở một câu tuyên bố rằng “bí mật của vũ trụ đã được giải”. Tiến bộ nằm ở việc vùng tham số ngày càng hẹp, sai số được kiểm soát chặt hơn và các nguồn dữ liệu khác nhau có thể được phân tích chung. Với một hạt rất khó phát hiện như neutrino, mỗi lần loại được thêm một vùng khả năng cũng làm câu hỏi vật lý trở nên cụ thể hơn.

Từ phân tích dữ liệu đến làm chủ thiết bị

Hồ sơ nhiệm vụ của nhóm Việt Nam ghi nhận một lớp công việc ít nhìn thấy hơn phía sau các đồ thị vật lý: phát triển phần mềm mô phỏng, tham gia thiết bị giám sát dòng proton không phá hủy, theo dõi quá trình tạo chùm neutrino và xây dựng các máy dò gần. Nhóm còn triển khai hệ thiết bị nghiên cứu tại Quy Nhơn để tích lũy năng lực thực nghiệm trong nước. Viện Hàn lâm gọi đây là các kết quả “tiền ứng dụng”, đồng thời nói rõ nhiệm vụ thuộc nghiên cứu cơ bản nên chưa có ứng dụng trực tiếp.

Chi tiết này giúp đặt đúng vai trò của một nhóm nghiên cứu Việt Nam trong thí nghiệm quốc tế lớn. Họ không sở hữu riêng T2K hay một phát hiện của hàng trăm nhà khoa học, nhưng có thể đảm nhiệm những phần việc đủ cụ thể để kết quả chung phụ thuộc vào chất lượng mô phỏng, thiết bị và dữ liệu mà các nhóm cùng xây dựng. Bài viết của Viện Hàn lâm tháng 7/2026 ghi nhận nhóm T2K-Vietnam đang tham gia cả phân tích khoa học lẫn phát triển thiết bị giám sát và hệ máy dò.

Các phương pháp “đọc” vũ trụ cũng rất khác nhau. Nếu T2K lần dấu hạt neutrino qua những chớp sáng cực yếu trong máy dò, một hướng nghiên cứu thiên văn khác của các nhà khoa học Việt Nam lại lần dấu khí bụi để hiểu vòng đời của các ngôi sao bằng dữ liệu vô tuyến và hồng ngoại. Điểm chung là dữ liệu quan sát phải được chuyển thành các đại lượng có thể đối chiếu với mô hình, thay vì dừng lại ở một hình ảnh trực quan.

Thế hệ máy dò tiếp theo như Hyper-Kamiokande được kỳ vọng tăng mạnh lượng dữ liệu neutrino trong những năm tới. Điều đó đồng nghĩa vùng tìm kiếm δCP có thể tiếp tục bị thu hẹp, nhưng cũng làm yêu cầu về mô hình tương tác, thiết bị, hiệu chuẩn và xử lý dữ liệu khắt khe hơn. Kinh nghiệm mà PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Vân và nhóm T2K-Vietnam tích lũy qua nhiều năm vì vậy có giá trị ở cả kết quả khoa học lẫn năng lực tham gia một hạ tầng nghiên cứu quốc tế dài hạn.

Neutrino vẫn chưa đưa ra lời giải cuối cùng cho câu hỏi vì sao vật chất chiếm ưu thế trong vũ trụ. Nhưng chính việc xác định được điều gì đã biết, điều gì mới là dấu hiệu và điều gì còn thiếu là cách khoa học cơ bản tiến lên. Trong hành trình đó, phần việc của PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Vân nằm ở một chuỗi có thể kiểm chứng: tham gia đo đạc, mô phỏng, phân tích và phát triển thiết bị để những khác biệt rất nhỏ giữa neutrino và phản neutrino dần trở nên đo được.

T2K theo dõi neutrino như thế nào?

 T2K là viết tắt của Tokai to Kamioka. Chùm neutrino hoặc phản neutrino được tạo tại J-PARC ở Tokai. Máy dò gần xác định đặc điểm ban đầu của chùm hạt trước khi chúng có thời gian dao động đáng kể.

Sau đó neutrino đi khoảng 295 km xuyên qua Trái Đất tới Super-Kamiokande tại Kamioka. Máy dò xa ghi nhận các tương tác hiếm và phân loại tín hiệu để xác định neutrino đã thay đổi trạng thái ra sao.

Bằng cách so sánh dữ liệu ở máy dò gần - xa và giữa chế độ neutrino - phản neutrino, nhóm nghiên cứu xác định các tham số dao động và kiểm tra khả năng vi phạm đối xứng CP. Một khác biệt thống kê chưa đủ lớn vẫn chỉ được coi là dấu hiệu, không phải phát hiện đã xác lập.

 Nguồn: T2K Collaboration; Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.