Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới

“Hạt ma” là tên các nhà vật lý gọi neutrino. Nó gần như không có khối lượng, di chuyển với vận tốc ánh sáng và chưa được chính thức xác nhận tồn tại sau ba thập kỷ.
Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới
Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới ảnh 1

Cỗ máy Germanium Detector Array (GEDRA). Ảnh: Kai Freund/University of Tübingen

Theo Business Insider, tìm ra loại hạt này sẽ giúp các nhà vật lý trả lời hàng chục câu hỏi quan trọng về vũ trụ, bao gồm tại sao vũ trụ lại được vật chất lấp đầy.

Neutrino được tạo ra khi các nguyên tố phóng xạ phân rã. Nó được phun ra từ Mặt Trời, các ngôi sao và kể cả cơ thể chúng ta. Nó có thể đi xuyên qua một lượng lớn vật chất khác. Chính vì thế nên cần các thí nghiệm rất lớn để phát hiện được nó.

Cỗ máy Germanium Detector Array (GEDRA) giúp tìm hiểu tại sao con người tồn tại. GEDRA tìm kiếm neutrino bằng cách giám sát các hoạt động điện xảy ra bên trong tinh thể Germani tinh khiết, được cô lập bên dưới sâu một ngọn núi ở Italy. Các nhà khoa học hy vọng có thể tìm thấy một dạng phóng xạ hiếm.

Khi Big Bang khai sinh vũ trụ cách đây 13,7 tỷ năm, một lượng vật chất và phản vật chất tương đương đã được sinh ra. Khi chúng va chạm sẽ triệt tiêu nhau, chỉ để lại năng lượng.

Tuy nhiên, thực tế là con người vẫn hiện hữu. Nếu các nhà khoa học phát hiện được phân rã phóng xạ mà họ đang tìm kiếm, có thể cho rằng neutrino vừa là hạt vừa là phản hạt cùng một lúc, sẽ giải thích được tại sao vũ trụ vẫn có nhiều vật chất và tại sao chúng ta tồn tại tới ngày nay.

Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới ảnh 2

Đài quan sát Sudbury Neutrino (SNO) nghiên cứu mọi thứ về neutrino. Ảnh: SNOLAB

SNO được chôn sâu khoảng 1,5km dưới lòng đất. Ban đầu nó được xây dựng vào những năm 1980 nhưng sau đó đã được nâng cấp để tạo thành SNO+.

SNO+ sẽ nghiên cứu neutrino từ Trái Đất, Mặt Trời và thậm chí cả siêu tân tinh. Tại tâm của nó là một quả cầu bằng nhựa khổng lồ chứa 800 tấn một chất lỏng đặc biệt gọi là chất lỏng phát sáng. Quả cầu được bao quanh bởi một lớp nước và được giữ cố định bằng các sợi dây thừng. Nó được giám sát bởi một dãy khoảng 10.000 máy dò ánh sáng cực nhạy, gọi là các ống nhân quang (PMTs). Khi neutrino tương tác với các hạt khác trong máy dò, chúng sẽ làm chất lỏng phát sáng và PMTs sẽ bắt được các tín hiệu này.

Nhờ vào máy dò SNO ban đầu, các nhà khoa học đã biết có ít nhất 3 loại neutrino khác nhau, có thể thay đổi qua lại khi chúng tăng tốc trong không gian.

Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới ảnh 3

Ba trạng thái của neutrino: electron, muon và tau, mỗi trạng thái là kết hợp của ba khối lượng duy nhất.
Ảnh: Kai Freund/University of Tübingen.

Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới ảnh 4

IceCube, máy dò neutrino lớn nhất thế giới. Ảnh: Ian Rees/IceCube/NSF

IceCube được đặt tại Nam Cực, sử dụng 5.160 cảm biến phân bố trên một tỷ tấn băng đá để phát hiện neutrino năng lượng cao từ các nguồn vũ trụ cực mạnh như ngôi sao phát nổ, hố đen, và sao neutron.

Khi neutrino va chạm vào phân tử nước trong băng, chúng tạo nên các vụ phun trào năng lượng cao của các hạt hạ nguyên tử có thể bao phủ tới 6 khu phố, theo báo cáo của Symmetry. Những hạt này sẽ di chuyển rất nhanh và phát ra các nón ánh sáng hẹp, gọi là bức xạ Cherenkov. Đây là tín hiệu mà IceCube sẽ thu được.

Các nhà khoa học hy vọng sẽ sử dụng được thông tin này để tái tạo quỹ đạo neutrino và xác định nguồn phát ra chúng.

Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới ảnh 5

Daya Bay. Ảnh: Roy Kaltschmidt/Lawrence Berkeley National Laboratory

Daya Bay là một thí nghiệm neutrino sử dụng ba phòng thí nghiệm được chôn trên đồi Daya Bay, Trung Quốc. 6 máy dò hình trụ, mỗi cái chứa 20 tấn chất lỏng phát sáng được tập hợp trong phòng lớn, bao quanh bởi khoảng 1.000 PMTs. Tất cả được nhúng ngập trong nước tinh khiết để ngăn chặn bất kỳ bức xạ nào ở xung quanh.

Gần đó là 6 lò phản ứng hạt nhân đang phát ra “hàng triệu nghìn triệu triệu phản neutrino eletron vô hại mỗi giây”. Dòng phản neutrino này sẽ tương tác với chất lỏng phát sáng và phát ra các chớp sáng ngắn, là tín hiệu mà PMTs sẽ thu được.

Daya Bay được xây dựng để nghiên cứu dao động neutrino. Cũng giống như neutrino, các phản neutrino cũng thay đổi trạng thái. Các nhà khoa học tại Daya Bay đang cố gắng để tìm ra bao nhiêu phản neutrino không bị các máy dò xa nhất phát hiện vì đã thay đổi trạng thái.

Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới ảnh 6

Super-Kamiokande (Super K) phát hiện các dạng neutrino.
Ảnh: Kamioka Observatory/ICRR/The University of Tokyo

Super K là một đài quan sát neutrino nằm dưới sâu khoảng 1 km bên dưới những ngọn núi phía tây Nhật Bản. Một máy dò khổng lồ chứa 50.000 tấn nước tinh khiết được bao quanh bởi 11.200 PMTs.

Tương tự như IceCube, Super K phát hiện ra neutrino bằng cách sử dụng bức xạ Cherenkov. Super K đã từng đánh bại SNO vào năm 1998 khi là đài quan sát đầu tiên tìm thấy các bằng chứng về neutrino dao động giữa các trạng thái, còn cho thấy các hạt này cũng có khối lượng.

Các nhà nghiên cứu đang bắn một chùm neutrino dài gần 2.900 km tới máy dò để tìm hiểu sâu hơn về các dao động này. Trong một thí nghiệm khác, thí nghiệm neutrino dưới sâu (DUNE) các nhà khoa học có kế hoạch bắn một chùm neutrino dài khoảng gấp 5 lần khoảng cách này.

Những cỗ máy khổng lồ tìm kiếm hạt ma khắp thế giới ảnh 7

Thí nghiệm DUNE. Ảnh: DUNE Science.

Theo VnExpress

Tranh truyện Hàng Trống - tinh hoa đất Kinh Kỳ
Tranh truyện Hàng Trống - tinh hoa đất Kinh Kỳ
(Ngày Nay) - Những bức tranh dân gian Hàng Trống với nội dung thể hiện các tích truyện dân gian, được các nghệ nhân khắc họa cầu kỳ, tinh xảo, toát lên nét sinh động, ý nhị, trở thành nét tinh hóa văn hóa của vùng đất Kinh Kỳ.
Lượng khách quốc tế tăng, du lịch Hà Nội lấy lại đà tăng trưởng
Lượng khách quốc tế tăng, du lịch Hà Nội lấy lại đà tăng trưởng
(Ngày Nay) - Theo Sở Du lịch Hà Nội, quý I/2024, tổng khách du lịch đến Hà Nội ước đạt 6,54 triệu lượt khách, tăng 10,9% so với cùng kỳ năm trước; trong đó khách du lịch quốc tế ước đạt 1,4 triệu lượt khách, tăng 40%. Tổng thu từ khách du lịch ước đạt 25.487 tỷ đồng, tăng 17,8%.
Trùm tiền ảo bị kết án 25 năm tù
Trùm tiền ảo bị kết án 25 năm tù
(Ngày Nay) - Ngày 28/3, người sáng lập sàn giao dịch tiền điện tử FTX Sam Bankman-Fried đã bị kết án 25 tù vì tội lừa đảo khách hàng và các nhà đầu tư trên nền tảng giao dịch tiền ảo này.
Cửa Lò sẵn sàng cho mùa du lịch biển
Cửa Lò sẵn sàng cho mùa du lịch biển
(Ngày Nay) - Trước thềm mùa du lịch biển, thị xã Cửa Lò (tỉnh Nghệ An) đã đầu tư hàng trăm tỷ đồng chỉ trang đô thị, nâng cấp cơ sở hạ tầng.
Seoul chìm trong bụi mịn
Seoul chìm trong bụi mịn
(Ngày Nay) - Cảnh báo bụi mịn đã được ban bố ở hầu hết các khu vực thuộc tỉnh Gyeonggy và thủ đô Seoul của Hàn Quốc trong sáng 29/3.
Cần tạo môi trường cạnh tranh lành mạnh giữa thép nhập khẩu và thép trong nước
Cần tạo môi trường cạnh tranh lành mạnh giữa thép nhập khẩu và thép trong nước
(Ngày Nay) - Nếu áp thuế chống bán phá giá đối với thép cán nóng (HRC) nhập khẩu sẽ khiến nguồn cung ngày càng khan hiếm và vô hình chung sẽ tạo ra thế độc quyền cho doanh nghiệp sản xuất trong nước. Khi đó, các doanh nghiệp trong ngành tôn mạ và ống thép sẽ chịu ảnh hưởng nghiêm trọng và trên hết là người tiêu dùng cũng sẽ phải sử dụng thép nội giá cao.
Hai cựu tổng thống Mỹ ra mặt ủng hộ ông Biden
Hai cựu tổng thống Mỹ ra mặt ủng hộ ông Biden
(Ngày Nay) - Chiến dịch vận động tái tranh cử của Tổng thống Mỹ Joe Biden đã nhận được cú hích nhờ sự hỗ trợ của hai người tiền nhiệm là cựu Tổng thống Bill Clinton và Barack Obama.