Hoàng Anh
Writer
Sau hơn một thập kỷ lên kế hoạch và xây dựng, Đài quan sát neutrino dưới lòng đất Giang Môn (JUNO) của Trung Quốc đã chính thức bắt đầu thu thập dữ liệu. Đây là máy dò lớn nhất thế giới được thiết kế chuyên biệt để tìm kiếm các "hạt ma" neutrino, hứa hẹn sẽ giúp các nhà khoa học trả lời những câu hỏi cơ bản nhất về bản chất của vật chất và vũ trụ.
Neutrino là một trong những hạt cơ bản bí ẩn và khó nắm bắt nhất. Chúng gần như không có khối lượng, không mang điện tích và hiếm khi tương tác với các vật chất khác, khiến chúng có biệt danh là "hạt ma". Dù các nhà khoa học biết rằng có ba loại neutrino, nhưng họ vẫn chưa chắc chắn về thứ tự khối lượng của chúng (loại nào nặng nhất, loại nào nhẹ nhất).
Để giải quyết bí ẩn này, Trung Quốc đã xây dựng đài quan sát JUNO ở độ sâu 700 mét dưới lòng đất tại tỉnh Quảng Đông. Việc đặt máy dò ở sâu dưới lòng đất giúp bảo vệ nó khỏi sự nhiễu loạn của các tia vũ trụ. Cỗ máy khổng lồ này được thiết kế để phát hiện các hạt phản neutrino, được tạo ra từ hai nhà máy điện hạt nhân Taishan và Yangjiang, cách đó 53 km. Bằng cách đo lường chính xác phổ năng lượng của các hạt này, các nhà khoa học hy vọng có thể xác định được thứ tự khối lượng của chúng.
"Lần đầu tiên chúng tôi vận hành một máy dò với quy mô và độ chính xác lớn như thế này dành riêng cho neutrino," nhà vật lý hạt Wang Yifang, phát ngôn viên của dự án JUNO, cho biết.
Trung tâm của đài quan sát JUNO là một máy dò hình cầu khổng lồ, được làm từ acrylic với đường kính lên tới 35,4 mét. Bên trong quả cầu này chứa 20.000 tấn chất lỏng phát sáng đặc biệt. Khi một hạt phản neutrino tương tác với chất lỏng này, nó sẽ tạo ra một tia sáng cực nhỏ.
Bao quanh quả cầu là hàng chục nghìn ống nhân quang điện tử siêu nhạy, có nhiệm vụ phát hiện ra những tia sáng yếu ớt đó và chuyển chúng thành các tín hiệu điện để các nhà khoa học có thể phân tích.
Dự án JUNO, được đề xuất lần đầu vào năm 2008, là một nỗ lực hợp tác quốc tế, quy tụ hơn 700 nhà nghiên cứu từ 74 tổ chức ở 17 quốc gia và khu vực. Đây cũng là dự án đầu tiên trong một thế hệ các thí nghiệm neutrino quy mô lớn mới đi vào hoạt động. Các dự án cạnh tranh khác, như thí nghiệm DUNE tại Mỹ và đài quan sát Hyper-Kamiokande tại Nhật Bản, dự kiến sẽ chỉ bắt đầu hoạt động vào khoảng năm 2027-2028.
Với thời gian hoạt động dự kiến lên tới 30 năm, JUNO được kỳ vọng sẽ không chỉ giải quyết được bài toán về thứ tự khối lượng neutrino, mà còn góp phần vào việc tìm kiếm các hiện tượng vật lý hiếm gặp khác, giúp định hình lại sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.
Săn lùng "hạt ma" ở độ sâu 700 mét
Neutrino là một trong những hạt cơ bản bí ẩn và khó nắm bắt nhất. Chúng gần như không có khối lượng, không mang điện tích và hiếm khi tương tác với các vật chất khác, khiến chúng có biệt danh là "hạt ma". Dù các nhà khoa học biết rằng có ba loại neutrino, nhưng họ vẫn chưa chắc chắn về thứ tự khối lượng của chúng (loại nào nặng nhất, loại nào nhẹ nhất).
Để giải quyết bí ẩn này, Trung Quốc đã xây dựng đài quan sát JUNO ở độ sâu 700 mét dưới lòng đất tại tỉnh Quảng Đông. Việc đặt máy dò ở sâu dưới lòng đất giúp bảo vệ nó khỏi sự nhiễu loạn của các tia vũ trụ. Cỗ máy khổng lồ này được thiết kế để phát hiện các hạt phản neutrino, được tạo ra từ hai nhà máy điện hạt nhân Taishan và Yangjiang, cách đó 53 km. Bằng cách đo lường chính xác phổ năng lượng của các hạt này, các nhà khoa học hy vọng có thể xác định được thứ tự khối lượng của chúng.
"Lần đầu tiên chúng tôi vận hành một máy dò với quy mô và độ chính xác lớn như thế này dành riêng cho neutrino," nhà vật lý hạt Wang Yifang, phát ngôn viên của dự án JUNO, cho biết.
Một kỳ quan kỹ thuật
Trung tâm của đài quan sát JUNO là một máy dò hình cầu khổng lồ, được làm từ acrylic với đường kính lên tới 35,4 mét. Bên trong quả cầu này chứa 20.000 tấn chất lỏng phát sáng đặc biệt. Khi một hạt phản neutrino tương tác với chất lỏng này, nó sẽ tạo ra một tia sáng cực nhỏ.
Bao quanh quả cầu là hàng chục nghìn ống nhân quang điện tử siêu nhạy, có nhiệm vụ phát hiện ra những tia sáng yếu ớt đó và chuyển chúng thành các tín hiệu điện để các nhà khoa học có thể phân tích.
Cuộc đua toàn cầu và tương lai phía trước
Dự án JUNO, được đề xuất lần đầu vào năm 2008, là một nỗ lực hợp tác quốc tế, quy tụ hơn 700 nhà nghiên cứu từ 74 tổ chức ở 17 quốc gia và khu vực. Đây cũng là dự án đầu tiên trong một thế hệ các thí nghiệm neutrino quy mô lớn mới đi vào hoạt động. Các dự án cạnh tranh khác, như thí nghiệm DUNE tại Mỹ và đài quan sát Hyper-Kamiokande tại Nhật Bản, dự kiến sẽ chỉ bắt đầu hoạt động vào khoảng năm 2027-2028.
Với thời gian hoạt động dự kiến lên tới 30 năm, JUNO được kỳ vọng sẽ không chỉ giải quyết được bài toán về thứ tự khối lượng neutrino, mà còn góp phần vào việc tìm kiếm các hiện tượng vật lý hiếm gặp khác, giúp định hình lại sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.
