Nước cạnh Việt Nam ‘rót’ hàng trăm triệu USD xây dựng quả cầu khổng lồ sâu 700m dưới lòng đất, chứa loại dung dịch đặc biệt để bẫy ‘hạt ma’ lớn nhất thế giới
Trung Quốc đã hoàn thành quả cầu “săn” loại hạt neutrino lớn nhất thế giới, chôn sâu 700m dưới lòng đất.
Theo Xinhua, Trung Quốc hoàn thành việc xây dựng quả cầu phát hiện neutrino lớn nhất thế giới, chôn sâu 700m dưới lòng đất. Mục tiêu của dự án là thu thập các hạt neutrino , hay còn gọi là "hạt ma" - một trong những hạt cơ bản bí ẩn và khó nắm bắt nhất trong vật lý . Những nghiên cứu này sẽ mở ra những cánh cửa mới để giải mã các bí ẩn của thế giới vi mô và vũ trụ bao la.
Quả cầu acrylic này có kích thước tương đương với một tòa nhà 12 tầng và đường kính 35,4m, được chôn dưới một ngọn đồi tại thành phố Kaiping, tỉnh Quảng Đông, miền Nam Trung Quốc. Đây là trung tâm của Đài Quan Sát Neutrino Dưới Đất Jiangmen (JUNO), một cơ sở nghiên cứu khoa học quốc tế hiện đại và phức tạp.
Dự án JUNO được Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) và chính quyền tỉnh Quảng Đông khởi xướng từ năm 2015 và hiện đang bước vào giai đoạn cuối cùng. Theo thông tin từ Viện Vật lý Năng lượng cao (IHEP), cơ quan chủ trì dự án, việc lắp đặt thiết bị sẽ hoàn tất vào cuối tháng 11/2024 và cơ sở này sẽ chính thức đi vào hoạt động vào tháng 8/2025.
Là một trong những thí nghiệm quan trọng nhất trong nghiên cứu neutrino, JUNO dự kiến sẽ hoạt động ít nhất trong 30 năm. Đài quan sát này được thiết kế để cung cấp những thông tin sâu sắc về cấu trúc khối lượng của neutrino thông qua việc phát hiện neutrino từ các nhà máy điện hạt nhân Yangjiang và Taishan gần đó. Đặc biệt, JUNO sẽ có độ phân giải năng lượng lên đến 3%, theo lời ông Wang Yifang, nhà khoa học chính của JUNO và giám đốc IHEP.
Neutrino là một trong những hạt nhỏ nhất và nhẹ nhất trong số 12 hạt cơ bản cấu thành thế giới vật chất. Chúng không mang điện và di chuyển với tốc độ gần bằng ánh sáng. Từ vụ nổ Big Bang, neutrino đã lướt qua toàn bộ vũ trụ, được sinh ra trong các hiện tượng như phản ứng hạt nhân trong các ngôi sao, vụ nổ siêu tân tinh, hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân và sự phân rã phóng xạ của các chất trong đá.
Với khả năng tương tác cực kỳ hiếm hoi với vật chất thông thường, neutrino có thể xuyên qua cơ thể, tòa nhà, thậm chí cả Trái Đất mà không gây cảm giác. Chính vì vậy, chúng được gọi là "hạt ma". Tính chất này khiến neutrino trở thành một trong những hạt cơ bản khó nghiên cứu và yêu cầu các thiết bị phát hiện cực kỳ nhạy bén.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng neutrino có thể chuyển đổi qua lại giữa ba loại khác nhau, hiện tượng này được gọi là dao động neutrino. Điều này chứng minh rằng neutrino có khối lượng cực kỳ nhỏ, vượt quá mô hình chuẩn của vật lý hạt, mở ra những hướng nghiên cứu mới về vũ trụ.
Địa điểm xây dựng JUNO được lựa chọn cẩn thận tại ngọn đồi ở Kaiping, cách các nhà máy điện hạt nhân Yangjiang và Taishan khoảng 53km. Vị trí này giúp thu nhận rõ rệt hiệu ứng dao động của neutrino từ các nhà máy này. Các tảng đá của ngọn đồi cũng giúp chắn tia vũ trụ, bảo vệ sự chính xác của thí nghiệm, theo lời ông Cao Jun, phó giám đốc IHEP.
Quả cầu khổng lồ, nặng khoảng 600 tấn và được tạo thành từ 265 tấm acrylic dày 12cm, đã được lắp ráp với độ chính xác cao. Theo ông Yang Changgen, phó giám đốc JUNO, độ dày của quả cầu này tương đương với độ mỏng của vỏ trứng.
Quả cầu được lắp đặt trong một bể nước hình trụ sâu 44m. Bên trong quả cầu chứa 20.000 tấn chất lỏng có khả năng phát sáng khi phát hiện neutrino, trong khi bể nước ngoài chứa 35.000 tấn nước siêu tinh khiết để chắn tia vũ trụ và phông nền phóng xạ từ đá. Chất lỏng này chủ yếu là alkyl benzene, không độc hại và dễ phân hủy.
Khi neutrino đi qua quả cầu, chúng sẽ va vào các hạt nhân hydro trong chất lỏng, tạo ra ánh sáng mờ mà các ống phát hiện ánh sáng sẽ ghi nhận được. Đây là phương pháp chính để phát hiện neutrino.
Để xây dựng cơ sở này, đội ngũ các nhà khoa học và kỹ sư đã vượt qua vô số thách thức công nghệ. Họ phát triển các ống phát hiện ánh sáng với hiệu suất cao và các hệ thống chống nổ dưới nước, đảm bảo độ tin cậy cực kỳ cao trong suốt quá trình nghiên cứu.
Khi hoàn thành, JUNO dự kiến sẽ ghi nhận khoảng 40 neutrino từ các lò phản ứng hạt nhân, khí quyển và mặt trời mỗi ngày. Sau sáu năm, dự án sẽ phát hiện khoảng 100.000 neutrino.
JUNO là dự án neutrino thứ hai tại Trung Quốc, sau thí nghiệm Neutrino Daya Bay tại Quảng Đông và có quy mô lớn hơn nhiều so với thí nghiệm trước đó, với khả năng phát hiện chính xác hơn.
Hơn 700 nhà khoa học từ 74 tổ chức nghiên cứu ở 17 quốc gia và khu vực, bao gồm Pháp, Ý, Nga, Đức và Bỉ đã tham gia vào hợp tác quốc tế JUNO.
