Buzz
Công trình này đã mất hơn mười năm để xây dựng.
Ở độ sâu 700 mét dưới mặt đất, trong một ngọn núi yên tĩnh ở Giang Môn, Quảng Đông, một quả cầu thủy tinh có đường kính hơn 35 mét đang âm thầm thu thập các 'hạt ma' từ vũ trụ - neutrino.
Vào ngày 26/8, thí nghiệm Neutrino Giang Môn (JUNO) chính thức bắt đầu thu thập dữ liệu. Đây là một cơ sở khoa học lớn đã được xây dựng trong hơn mười năm. Dự án này sẽ giải quyết một trong những câu hỏi quan trọng nhất của vật lý hạt trong thập kỷ tới: sự phân bổ khối lượng neutrino.
Neutrino là một trong những hạt cơ bản cấu thành thế giới vật chất. Chúng cũng là những hạt lâu đời nhất và phổ biến nhất trong vũ trụ. Neutrino đã xuất hiện từ sau Vụ Nổ Lớn, hiện diện khắp nơi nhưng lại cực kỳ khó nắm bắt, hầu như không tương tác với vật chất. Chính vì vậy, không chỉ không thể nhìn thấy chúng, mà ngay cả việc phát hiện ra chúng cũng vô cùng khó khăn.
Phải đến năm 1956, con người mới lần đầu tiên phát hiện ra neutrino trong lò phản ứng hạt nhân. Kể từ đó, neutrino trở thành một chủ đề quan trọng trong nghiên cứu vật lý, nhưng vẫn còn rất nhiều điều bí ẩn.
Quá trình chuẩn bị kéo dài hơn mười năm
Neutrino là một bí ẩn mà vũ trụ đã để lại cho nhân loại. Từ năm 2003, Trung Quốc đã giới thiệu và thiết kế thế hệ thiết bị thí nghiệm neutrino đầu tiên - thí nghiệm neutrino Vịnh Đại Á.
Cấu trúc chính của thí nghiệm này gồm một phòng điều khiển trên mặt đất và năm phòng thí nghiệm ngầm, với độ sâu tối đa là 320 mét giữa bề mặt và các phòng thí nghiệm. Đến cuối năm 2011, thí nghiệm neutrino Vịnh Đại Á bắt đầu vận hành sớm với sáu máy dò, và dự án đã kết thúc vào cuối năm 2020.
Thí nghiệm neutrino Giang Môn hiện nay đảm nhiệm nhiệm vụ quan trọng này. Nó không chỉ giải đáp câu hỏi về trật tự khối lượng neutrino, mà còn đo các thông số dao động của neutrino với độ chính xác cao hơn, đồng thời nghiên cứu neutrino siêu tân tinh, neutrino mặt đất và neutrino mặt trời.
Thí nghiệm Neutrino Giang Môn (JNIE), do Viện Vật lý Năng lượng Cao thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) dẫn đầu, với sự hợp tác của khoảng 700 nhà nghiên cứu từ 17 quốc gia và khu vực. Từ những 'hạt ma' vô hình đến việc dần khám phá những bí ẩn của chúng, JNIE là cánh cửa mới mở ra vũ trụ chưa được biết đến.
Lõi của máy dò trong thí nghiệm neutrino Giang Môn là một quả cầu thủy tinh chứa 20.000 tấn chất lỏng phát quang, với lớp vỏ ngoài được lắp đặt hàng chục nghìn ống nhân quang điện. Khi neutrino tương tác với nó, chúng phát ra tín hiệu ánh sáng yếu, được khuếch đại, ghi lại và phân tích, giống như lắng nghe tiếng thì thầm của vũ trụ dưới đáy đại dương.
Máy dò trung tâm được đặt tại trung tâm của một hồ bơi sâu 44 mét trong phòng thí nghiệm ngầm. Trong quá trình xây dựng, nhóm dự án đã đổ đầy nước siêu tinh khiết vào trong và ngoài quả cầu thủy tinh, sau đó thay thế bằng chất lỏng phát quang. Điều này đảm bảo độ sạch, trong suốt và phóng xạ cực thấp, giúp máy dò bắt đầu thu thập dữ liệu ngay sau khi hoàn tất.
Việc chuẩn bị và xây dựng cơ sở này kéo dài hơn mười năm, với sự đóng góp của hàng trăm kỹ sư và kỹ thuật viên làm việc dưới lòng đất. Nhóm nghiên cứu đang chuẩn bị mở ra một cánh cửa mới vào thế giới neutrino. So với các thí nghiệm quốc tế tương tự, thí nghiệm neutrino Giang Môn có quy mô lớn hơn và độ chính xác cao hơn, giúp giải quyết một vấn đề quan trọng trong vật lý hạt trong thập kỷ tới: phân loại khối lượng neutrino.
Tương lai tươi sáng đang chờ đón.
Mỗi bước trong quá trình chế tạo máy dò với độ chính xác cao đều là một thử thách lớn. Ma Xiaoyan, kỹ sư trưởng của Thí nghiệm Neutrino Giang Môn, cho biết nhóm đã hoàn thành việc đổ hơn 60.000 tấn nước siêu tinh khiết trong 45 ngày, kiểm soát chênh lệch mực nước giữa các quả cầu thủy tinh hữu cơ bên trong và bên ngoài đến từng centimet, đảm bảo độ lệch lưu lượng không vượt quá 0,5%, đảm bảo an toàn và ổn định cho kết cấu chính của máy dò.
"Đây là lần đầu tiên trên thế giới, một cơ sở khoa học quy mô lớn chuyên nghiên cứu neutrino với độ chính xác cao và quy mô vượt trội như vậy được vận hành, giúp chúng ta giải đáp những câu hỏi căn bản về bản chất của vật chất và vũ trụ", Wang Yifang, viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và là nhà khoa học trưởng của thí nghiệm neutrino Giang Môn, chia sẻ.
Theo kế hoạch, thí nghiệm neutrino Giang Môn được thiết kế với tuổi thọ lên đến 30 năm. Sau đó, nó sẽ có thể được nâng cấp thành thí nghiệm phân rã beta kép không neutrino, giúp phát hiện khối lượng tuyệt đối của neutrino và kiểm tra xem neutrino có phải là hạt Majorana hay không, từ đó giải quyết các vấn đề giao thoa giữa vật lý hạt, vật lý thiên văn và vũ trụ học.
