Trung Quốc xây dựng quả cầu trong suốt khổng lồ dưới lòng đất để bẫy "hạt ma"

Khánh Phạm

Moderator
Trung Quốc đã xây dựng máy dò hình cầu trong suốt lớn nhất thế giới ở độ sâu 700 mét dưới lòng đất để thu thập các hạt neutrino khó nắm bắt, thường được gọi là "hạt ma", nhằm khám phá bí mật về những thứ vô cùng nhỏ và vô cùng rộng lớn trong vũ trụ.

Quả cầu acrylic cao 12 tầng với đường kính 35,4 mét, được chôn sâu trong lớp đá granit của một ngọn đồi ở Khai Bình, thành phố Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, là phần cốt lõi của Đài quan sát Neutrino ngầm Giang Môn (JUNO), một cơ sở khoa học khổng lồ và phức tạp.
1728722345964.png

Việc xây dựng dự án đầy thách thức này, được Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) và chính quyền Quảng Đông khởi xướng vào năm 2015, đã bước vào giai đoạn cuối. Theo Viện Vật lý Năng lượng Cao (IHEP) thuộc CAS, đơn vị chủ trì dự án, việc lắp đặt toàn bộ thiết bị dự kiến sẽ hoàn thành vào cuối tháng 11 và toàn bộ cơ sở sẽ đi vào hoạt động vào tháng 8 năm 2025.

Là một trong những thí nghiệm mạnh mẽ nhất thế giới để khám phá bí ẩn về neutrino, JUNO dự kiến sẽ hoạt động trong ít nhất 30 năm. Đài quan sát này được thiết kế để giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về hệ thống phân cấp khối lượng neutrino bằng cách phát hiện neutrino lò phản ứng từ các nhà máy điện hạt nhân Dương Giang và Thái Sơn gần đó với độ phân giải năng lượng chưa từng có là 3 phần trăm, Wang Yifang, nhà khoa học trưởng của JUNO và người đứng đầu IHEP cho biết.

Wang cho biết việc hiểu được hệ thống phân cấp khối lượng neutrino có thể có ý nghĩa to lớn đối với các mô hình vật lý của vũ trụ và đối với nghiên cứu về sự tiến hóa của vũ trụ.

Cơ sở này cũng sẽ giúp các nhà khoa học tiến hành các nghiên cứu tiên tiến khác như quan sát siêu tân tinh, neutrino khí quyển và mặt trời.

HẠT MA LÀ GÌ?​

Neutrino, hạt nhỏ nhất và nhẹ nhất trong số 12 hạt cơ bản tạo nên thế giới vật chất, trung hòa về điện và di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Kể từ Vụ nổ lớn, chúng đã thấm nhuần toàn bộ vũ trụ, được tạo ra trong nhiều hiện tượng khác nhau, chẳng hạn như phản ứng hạt nhân bên trong các ngôi sao, vụ nổ siêu tân tinh, hoạt động của lò phản ứng hạt nhân và sự phân rã phóng xạ của các chất trong đá.

Vì neutrino hiếm khi tương tác với vật chất thông thường nên chúng có thể dễ dàng xuyên qua cơ thể, tòa nhà hoặc toàn bộ Trái Đất mà không bị phát hiện, do đó có biệt danh là "hạt ma". Do bản chất khó nắm bắt, neutrino là hạt cơ bản ít được hiểu biết nhất, đòi hỏi các máy dò lớn để thu được dấu vết mờ nhạt nhất của chúng.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng neutrino có thể được phân loại thành ba loại, có khả năng chuyển đổi lẫn nhau, một hiện tượng được gọi là dao động neutrino.

Theo mô hình chuẩn của vật lý hạt, neutrino không nên có bất kỳ khối lượng nào. Hiện tượng dao động neutrino chứng minh rằng neutrino có khối lượng rất nhỏ, đây là một hiện tượng thực nghiệm vượt quá mô hình chuẩn, chỉ ra vật lý mới giúp nâng cao hiểu biết của chúng ta về vũ trụ, Wang cho biết.

Các nhà khoa học trên khắp thế giới đã nghiên cứu neutrino trong hơn nửa thế kỷ, nhưng vẫn còn nhiều bí ẩn về các hạt nhỏ bé này vẫn chưa được giải đáp, chẳng hạn như khối lượng của ba loại neutrino đã biết so với nhau như thế nào? Neutrino và phản hạt của chúng có phải là cùng một hạt không? Neutrino có phải là một phần nguyên nhân gây ra sự bất đối xứng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ không?

Mặc dù có khối lượng cực nhỏ, neutrino là một trong những khối xây dựng tạo nên thế giới vật chất. Chúng mang theo kiến thức quan trọng về vũ trụ, cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cấu trúc cơ bản của thế giới vi mô và nguồn gốc cũng như sự tiến hóa của vũ trụ vĩ mô.

"Bằng cách nghiên cứu neutrino, chúng ta có thể hiểu được tại sao vũ trụ lại trở thành như ngày nay và tương lai của vũ trụ sẽ ra sao", Wang cho biết.

Nghiên cứu về neutrino là lĩnh vực đi đầu trong vật lý hạt, vật lý thiên văn và vũ trụ học. Một số đột phá quan trọng trong nghiên cứu neutrino đã được vinh danh bằng Giải Nobel.

THÍ NGHIỆM CHƯA TỪNG CÓ​

Một ngọn đồi ở Khai Bình, cách cả hai nhà máy điện hạt nhân Dương Giang và Thái Sơn 53 km, đã được chọn làm địa điểm của JUNO, nơi hiệu ứng dao động của neutrino từ các lò phản ứng của các nhà máy điện được thể hiện rõ nhất. Ngoài ra, theo Cao Jun, phó giám đốc IHEP, những tảng đá của ngọn đồi đóng vai trò như một lá chắn chống lại sự can thiệp của các tia vũ trụ.

Quả cầu khổng lồ này nặng khoảng 600 tấn, được tạo thành từ 265 tấm acrylic dày 12 cm, được đội xây dựng lắp ráp tỉ mỉ từ trên xuống dưới.

"So với kích thước khổng lồ của quả cầu, độ dày 12 cm của nó mỏng như vỏ trứng", Yang Changgen, phó tổng giám đốc JUNO cho biết.

Quả cầu được cố định bằng một khung thép ở giữa một bể nước hình trụ sâu 44 mét. Bên trong quả cầu acrylic sẽ chứa 20.000 tấn chất lỏng có thể "chớp nhoáng" khi phát hiện neutrino. Bể nước bên ngoài quả cầu sẽ chứa 35.000 tấn nước siêu tinh khiết, được sử dụng để che chắn các tia vũ trụ và nền phóng xạ từ đá.

Cao cho biết thành phần chính của chất lỏng bên trong quả cầu là alkyl benzen, một thành phần chính trong chất tẩy rửa, không độc hại, dễ phân hủy sinh học và có nguy cơ gây cháy nổ thấp.

Khi đi qua quả cầu, neutrino có một khả năng nhỏ va chạm với hạt nhân hydro trong chất lỏng, gây ra những tia sáng cực yếu, có thể được phát hiện bởi các ống nhân quang điện bao quanh.

Để chế tạo được thiết bị khoa học khổng lồ và phức tạp này, nhóm các nhà khoa học và kỹ sư đã vượt qua một loạt những thách thức công nghệ chưa từng có.

Nhóm nghiên cứu đã khai quật và xây dựng một hang động ngầm để chứa cơ sở này với mái vòm trải dài 49,5 mét, lập kỷ lục tại Trung Quốc.

Ông Yang cho biết, để làm cho quả cầu và chất lỏng bên trong trong suốt nhất có thể, tổng lượng bụi trong 20.000 tấn chất lỏng không được vượt quá 0,008 gam.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển các ống nhân quang điện có quyền sở hữu trí tuệ độc lập, tự hào có hiệu suất phát hiện photon cao nhất. Họ cũng đã tạo ra một hệ thống chống nổ dưới nước cho các ống nhân quang điện và tiến hành hơn 30 thí nghiệm chống nổ dưới nước.

Họ đã cải tiến thiết kế các linh kiện điện tử dưới nước, đạt được độ tin cậy ở cấp độ hàng không vũ trụ với yêu cầu tỷ lệ hỏng hóc dưới 0,5 phần trăm trong vòng sáu năm.

Sau khi hoàn thành, JUNO dự kiến sẽ thu được khoảng 40 neutrino lò phản ứng, một số neutrino khí quyển, một neutrino địa chất và hàng nghìn neutrino mặt trời mỗi ngày. Với việc thu thập dữ liệu trong khoảng thời gian sáu năm, ước tính phòng thí nghiệm có thể phát hiện được khoảng 100.000 neutrino, theo Cao.

JUNO là dự án neutrino thứ hai của Trung Quốc, sau Thí nghiệm neutrino lò phản ứng Daya Bay ở Quảng Đông. Các nhà vật lý Trung Quốc và nước ngoài đã công bố vào năm 2012 rằng họ đã đo được loại dao động neutrino thứ ba trong thí nghiệm Daya Bay. Quy mô của JUNO lớn hơn nhiều so với thí nghiệm Daya Bay với khả năng phát hiện nhạy hơn.

Hơn 700 nhà khoa học từ 74 tổ chức tại 17 quốc gia và khu vực bao gồm Pháp, Ý, Nga, Đức và Bỉ đã tham gia vào dự án hợp tác quốc tế JUNO.
1728722388301.png

Các nhân viên lắp đặt ống nhân quang điện của máy dò trung tâm thuộc Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO) tại Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 9 tháng 10 năm 2024. Trung Quốc đã xây dựng máy dò hình cầu trong suốt lớn nhất thế giới ở độ sâu 700 mét dưới lòng đất để thu thập các hạt neutrino khó nắm bắt, thường được gọi là "hạt ma", nhằm khám phá bí mật về những thứ vô cùng nhỏ và vô cùng rộng lớn trong vũ trụ.

Quả cầu acrylic cao 12 tầng với đường kính 35,4 mét, được chôn sâu dưới lớp đá granit của một ngọn đồi ở Khai Bình, thành phố Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, là phần cốt lõi của JUNO, một cơ sở khoa học khổng lồ và phức tạp.

Việc xây dựng dự án đầy thách thức này, được Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) và chính quyền Quảng Đông khởi xướng vào năm 2015, đã bước vào giai đoạn cuối. Theo Viện Vật lý Năng lượng Cao (IHEP) thuộc CAS, đơn vị chủ trì dự án, việc lắp đặt toàn bộ thiết bị dự kiến sẽ hoàn thành vào cuối tháng 11 và toàn bộ cơ sở sẽ đi vào hoạt động vào tháng 8 năm 2025.

Đài quan sát được thiết kế để giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về hệ thống phân cấp khối lượng neutrino bằng cách phát hiện neutrino lò phản ứng từ các nhà máy điện hạt nhân Dương Giang và Thái Sơn gần đó với độ phân giải năng lượng chưa từng có là 3 phần trăm, Wang Yifang, nhà khoa học trưởng của JUNO và người đứng đầu IHEP cho biết. Cơ sở này cũng sẽ giúp các nhà khoa học tiến hành các nghiên cứu tiên tiến khác như quan sát siêu tân tinh, neutrino khí quyển và mặt trời. (Xinhua/Jin Liwang)
1728722424579.png

Bức ảnh này cho thấy máy dò trung tâm của Đài quan sát Neutrino ngầm Giang Môn (JUNO)
1728722441953.png

Ma Xiaoyan (trái) đang nói chuyện với một nhân viên ở dưới đáy bể chứa nước của máy dò trung tâm thuộc Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO) tại Giang Môn
1728722467250.png

Các nhân viên làm việc trên khung thép không gỉ của máy dò trung tâm thuộc Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO) tại Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 10 tháng 10 năm 2024.

1728722507471.png

Một bức ảnh chụp bằng máy bay không người lái trên không cho thấy các cơ sở mặt đất của Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO) tại Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 10 tháng 10 năm 2024.
1728722525377.png

Bức ảnh ghép này cho thấy máy dò trung tâm của Đài quan sát Neutrino ngầm Giang Môn (JUNO) đang được xây dựng tại Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 9 tháng 10 năm 2024.
1728722541395.png

Tần Trung Hoa làm việc tại công trường xây dựng Đài quan sát Neutrino ngầm Giang Môn (JUNO) ở Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 9 tháng 10 năm 2024.
1728722559128.png

Vương Nhất Phương (trái), nhà khoa học trưởng của Đài quan sát Neutrino ngầm Giang Môn (JUNO) và là viện trưởng Viện Vật lý năng lượng cao (IHEP) của CAS, trò chuyện với đồng nghiệp tại một phòng thí nghiệm ở Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 10 tháng 10 năm 2024.
1728722580250.png

Một bức ảnh chụp bằng máy bay không người lái trên không cho thấy các cơ sở mặt đất của Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO) tại Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 10 tháng 10 năm 2024.
1728722594855.png

Một nhân viên đang kiểm tra quả cầu acrylic bên trong máy dò trung tâm của Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO) tại Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 9 tháng 10 năm 2024.
1728722621265.png

Các nhân viên vệ sinh các bộ phận của máy dò trung tâm tại Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO) ở Giang Môn, tỉnh Quảng Đông, miền nam Trung Quốc, ngày 10 tháng 10 năm 2024.
1728722642971.png

Một nhân viên đang kiểm tra quả cầu acrylic bên trong máy dò trung tâm của Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO)
1728722662371.png

Các nhân viên lắp đặt phần vỏ của khung thép không gỉ của máy dò trung tâm thuộc Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO)
1728722685786.png

Một nhân viên làm việc bên cạnh bể chứa nước của máy dò trung tâm thuộc Đài quan sát Neutrino Ngầm Giang Môn (JUNO)
1728722704911.png

Bức ảnh này cho thấy máy dò trung tâm của Đài quan sát Neutrino ngầm Giang Môn (JUNO) đang được xây dựng tại Giang Môn
Nguồn: Tân Hoa Xã
 


Đăng nhập một lần thảo luận tẹt ga
Top