Thí nghiệm dò hạt ma lớn nhất thế giới

MỹThí nghiệm Neutrino sâu dưới lòng đất (DUNE) là một kỳ tích về kỹ thuật xây dựng, thúc đẩy công cuộc săn tìm hạt ma - chìa khóa mở ra cánh cửa hiểu biết về vật chất và vũ trụ.

Interesting Engineering hôm 10/11 đưa tin Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia Fermi (FermiLab), Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) và Cơ sở nghiên cứu dưới lòng đất Sanford (SURF) đang hợp tác xây dựng Thí nghiệm neutrino sâu dưới lòng đất (DUNE) tại bang South Dakota, Mỹ.

Nằm ở độ sâu 1.478 m, thí nghiệm trị giá ít nhất 3 tỷ USD này sử dụng các bể chứa khổng lồ để duy trì khí argon lỏng ở nhiệt độ cực thấp. Hệ thống sẽ giúp giới khoa học nghiên cứu hạt neutrino, cung cấp thông tin quan trọng về tác động của vụ nổ Big Bang và mở rộng hiểu biết của con người về vũ trụ.

Neutrino là hạt hạ nguyên tử không mang điện tích và gần như không có khối lượng. Được mệnh danh "hạt ma" vì hầu như không chịu tác động của lực hấp dẫn hay lực hạt nhân, vô số hạt neutrino xuyên qua cơ thể người mỗi ngày mà không để lại bất kỳ dấu vết nào.

Vì neutrino sinh ra từ lõi các ngôi sao và di chuyển qua khoảng cách cực xa, nhà khoa học có thể nghiên cứu chúng ngay trên Trái Đất bằng cách xây dựng máy dò hạt. Thông qua quan sát hạt neutrino tương tác và những chênh lệch khối lượng cực nhỏ làm thay đổi trạng thái của chúng, giới nghiên cứu muốn giải mã lý do tại sao vũ trụ có nhiều vật chất hơn phản vật chất, đồng thời hoàn thiện mô hình vật lý chuẩn.

Theo Cơ quan Nghiên cứu và Đổi mới sáng tạo Anh, DUNE là thí nghiệm hàng đầu thế giới quy tụ hơn 1.500 nhà nghiên cứu và gắn liền với dự án Cơ sở Neutrino Tầm xa (LBNF). LBNF bao gồm hai cơ sở đặt cách nhau khoảng 1.300 km.

Cơ sở gần đặt tại Fermilab ở bang Illinois, sử dụng máy gia tốc hạt để tạo ra chùm tia neutrino cường độ cao nhất thế giới. Một máy dò tại đây sẽ đo lường đặc tính của hạt neutrino ngay khi chúng vừa được tạo ra. Chùm tia neutrino được bắn thẳng xuyên qua lớp vỏ Trái Đất từ Illinois đến South Dakota mà không cần đường hầm. Tại cơ sở xa bên dưới SURF, hệ thống bể chứa argon lỏng cực tinh khiết lạnh tới -184 độ C, dùng để bẫy và ghi lại tương tác hiếm hoi của hạt neutrino khi chúng bay tới.

Hiện nay, việc xây dựng các bể lạnh đã bắt đầu, mỗi bể dài 65,8 m, rộng 18,9 m và cao 18,3 m, lưu trữ khoảng 17.000 tấn argon lỏng. Tổng cộng 2.600 dầm thép sẽ được sử dụng để xây hai bể chứa. CERN đóng góp 6.200 tấn vật liệu sử dụng để đúc các dầm này. CERN dẫn đầu trong việc thiết kế, xây dựng, lập kế hoạch hậu cần và lắp đặt bể chứa của DUNE. Trong thí nghiệm dưới lòng đất, SURF được giao trách nhiệm vận hành trục giếng và hậu cần để vận chuyển dầm thép cũng như thiết bị khác đến địa điểm.

Sau khi bắt tay vào xây dựng bể chứa đầu tiên, đội kỹ sư của SURF cũng tiến hành lắp dầm thép cho bể thứ hai và tiến tới công việc lắp ráp vào năm sau. Dự kiến, chùm neutrino từ Fermilab sẽ được bắn tới máy dò ngầm tại DUNE vào năm 2031.

An Khang tổng hợp