Nhìn lên bầu trời, thứ ẩn sau những đám mây là vũ trụ vô biên, bí ẩn mà chúng ta, với tư cách là con người, vẫn còn nhiều câu hỏi.
Và để tìm ra cách vũ trụ tiến hóa, nhóm các nhà khoa học Trung Quốc quyết định nhìn xuống và đi xuống lòng đất.
Họ đã xây dựng một máy dò lớn ở độ sâu 700 mét dưới lòng đất ở miền nam Trung Quốc, chỉ để tìm neutrino, một siêu vi hạt có thể giúp trả lời các câu hỏi về vũ trụ cực khủng.
Cao Jun là giám đốc Viện Vật lý Năng lượng Cao (High Energy Physics) nghiên cứu về các hạt cơ bản của vật chất và các lực cơ bản trong tự nhiên, ông cũng là phó giám đốc dự án của Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn, Jiangmen Underground Neutrino Observatory hay JUNO.
Ông giải thích siêu vi hạt neutrino là gì trên trái đất.
“Neutrino là một trong những hạt cơ bản tạo nên thế giới vật chất của chúng ta. Bởi vì nó hầu như không tương tác với các vật chất khác, nên cho đến nay nó là hạt ít được hiểu biết nhất trên thế giới của chúng ta. Đó là lý do tại sao chúng ta cần nghiên cứu nó. Chúng tôi dự đoán cao neutrino có thể liên quan đến một số câu đố tồn tại từ lâu trong vũ trụ của chúng ta.”
Sự tồn tại của neutrino đã được phát hiện cách đây gần một thế kỷ, nhưng hiện tại, nghiên cứu về hạt này vẫn đang ở giai đoạn đầu.
Cho đến nay, người ta đã phát hiện ra rằng neutrino có niên đại từ 13,8 tỷ năm trước, khi vũ trụ giãn nở từ một điểm nhỏ duy nhất với nhiệt độ và mật độ cực cao.
Các nhà khoa học đã suy đoán rằng có nhiều hạt hiện diện trong giai đoạn này, mà người ta vẫn hay gọi là giai đoạn Big Bang 'Vụ nổ lớn'.
Nhưng không giống như các hạt khác, neutrino hiếm khi tương tác với các hạt xung quanh nó và vì vậy khiến nó rất khó phát hiện hoặc đo lường.
Do đó mà các nhà khoa học hiện đang chuyển sang máy dò ngầm khổng lồ ở Kaiping Khai Bình, Trung Quốc để mong tìm ra manh mối vũ trụ.
Wang Yifang là cựu giám đốc Viện Vật lý Năng lượng Cao, nhà khoa học trưởng và quản lý dự án của JUNO giải thích cách thức hoạt động của máy dò.
“Tức là chúng tôi cố gắng đo lường sự khác biệt về khối lượng neutrino bằng cách sử dụng máy dò này để biết neutrino nào nặng hơn, neutrino nào nhẹ hơn. Đó là hệ thống phân cấp khối lượng neutrino. Tất nhiên, chúng tôi cũng hy vọng rằng trong suốt thời gian diễn ra thí nghiệm này, chúng ta có thể thấy một vụ nổ siêu tân tinh gần đó và chúng ta có thể thấy nhiều neutrino phát ra từ đó và chúng ta có thể hiểu rõ hơn nhiều về các đặc tính của neutrino cũng như cơ chế nổ siêu tân tinh."
Vụ nổ siêu tân tinh supernova explosion là vụ nổ cực kỳ mạnh mẽ của một ngôi sao, xảy ra khi nó đạt đến giai đoạn cuối trong vòng đời. Vụ nổ này giải phóng năng lượng khổng lồ, khiến ngôi sao bùng sáng gấp hàng tỷ lần so với ánh sáng bình thường của nó, và thường là một trong những hiện tượng sáng nhất trong vũ trụ.
Và máy dò này rất lớn - phải mất hơn chín năm để xây dựng. Nó phải nằm dưới lòng đất để ngăn chặn các tia vũ trụ và bức xạ phá vỡ neutrino.
Máy dò hình quả cầu được đổ đầy chất lỏng được thiết kế để tạo ra ánh sáng khi siêu vi hạt neutrino đi qua.
Sau đó, máy sẽ nghiên cứu antineutrinos, tức là tương tác yếu với vật chất khiến chúng vô cùng khó phát hiện và chúng có thể đi qua vật chất dày hàng năm ánh sáng mà không bị cản trở.
Các vụ nổ siêu tân tinh supernova explosion được tạo ra từ các vụ va chạm bên trong hai nhà máy điện hạt nhân gần đó.
Khi các phản neutrino này tiếp xúc với các hạt bên trong máy dò, chúng sẽ tạo ra ánh sáng.
André de Gouvêa, nhà vật lý lý thuyết tại Đại học Northwestern- USA, cho biết sau đó máy dò sẽ thu được ánh sáng và phân tích nó.
“Tức là nó là một quả cầu lớn với một số chất lỏng phát quang bên trong, bề mặt của thiết bị hình cầu này là các máy dò photon. Và điều làm cho JUNO trở nên đặc biệt là có rất nhiều máy dò photon như vậy. Chúng bao phủ toàn bộ quả cầu theo cách mà chúng ta chưa từng làm trước đây trong bất kỳ loại thí nghiệm nào.”
Máy dò này rất đắt - tốn 300 triệu đô la để chế tạo.
Trên toàn thế giới, Hoa Kỳ và Nhật Bản cũng đang chế tạo máy dò neutrino của họ, dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào khoảng năm 2027 và 2031.
Họ sẽ kiểm tra chéo các kết quả và dữ liệu từ máy dò của Trung Quốc bằng cách sử dụng các phương pháp khác nhau.
Đối với các nhà khoa học như Tiến sĩ Cao, họ không chỉ hy vọng máy dò có thể giải quyết các câu hỏi hiện có về neutrino mà còn dẫn họ đến những khám phá mới.
“Thứ tự khối lượng neutrino là mục tiêu chính của chúng tôi. Nhưng thực tế, đối với bất kỳ nhà khoa học nào, điều thú vị nhất là những gì chúng ta không biết. Chúng tôi thực sự mong đợi về một điều mà chúng tôi chưa từng lên kế hoạch, chưa từng hình dung từ dữ liệu. Đó là một điều thực sự thú vị, tức là chúng tôi không biết nó đến từ đâu, nhưng chúng tôi hy vọng rằng trong tương lai sẽ có một số khám phá bất ngờ.”
