Máy dò hạt ma của Trung Quốc hoạt động

[sunshine1104]

Đài quan sát neutrino dưới lòng đất Giang Môn (JUNO) của Trung Quốc bắt đầu thu thập dữ liệu sau hơn một thập kỷ lên kế hoạch và xây dựng.


Máy dò ở trung tâm của Đài quan sát neutrino dưới lòng đất Giang Môn (JUNO). Ảnh: Xinhua

Theo Interesting Engineering, Trung Quốc hôm 26/8 khởi động Đài quan sát neutrino dưới lòng đất (JUNO), máy dò lớn nhất thế giới chuyên tìm kiếm "hạt ma" khó phát hiện gọi là neutrino, tại tỉnh Quảng Đông. Cơ sở khổng lồ này đang thu thập dữ liệu cho nhiệm vụ theo dõi các hạt bí ẩn không có điện tích, khối lượng rất nhỏ và di chuyển nhanh gần bằng vận tốc ánh sáng.

"Lần đầu tiên chúng tôi vận hành một máy dò với quy mô và độ chính xác lớn cỡ này dành riêng cho neutrino", nhà vật lý hạt Wang Yifang, phát ngôn viên của dự án JUNO, cho biết. "JUNO sẽ giúp chúng tôi trả lời những câu hỏi cơ bản về bản chất của vật chất và vũ trụ".


Neutrino là hạt hạ nguyên tử cơ bản cực khó phát hiện, thường được gọi là "hạt ma" vì gần như không có khối lượng và hiếm khi tương tác với vật chất khác. Neutrino bao gồm 3 loại, liên tục biến đổi từ loại này sang loại khác trong hiện tượng mang tên dao động neutrino. Tuy nhiên, giới khoa học vẫn chưa chắc chắn về thứ tự khối lượng của chúng (loại nào nặng nhất và nhẹ nhất).

Máy dò JUNO nằm ở độ sâu 700 m dưới mặt đất để bảo vệ thiết bị khỏi tia vũ trụ. Cỗ máy sẽ tìm kiếm hạt phản neutrino được tạo ra như phụ phẩm của phản ứng hạt nhân tại nhà máy điện hạt nhân Taishan và Yangjiang, cách đó 53 km. Thông qua đo chính xác phổ năng lượng của hạt phản neutrino, JUNO hướng tới xác định thứ tự khối lượng.

Hệ thống trung tâm của JUNO là một máy dò khổng lồ hình khối cầu acrylic có đường kính 35,4 m, treo trong bể nước siêu tinh khiết, chứa 20.000 tấn chất phát sáng nhấp nháy dạng lỏng. Chất lỏng đặc biệt này phát ra tia sáng nhỏ khi một hạt phản neutrino tương tác. Bao quanh khối cầu acrylic là hàng chục nghìn ống nhân quang cực nhạy (PMT). Các PMT phối hợp để phát hiện ánh sáng yếu do tương tác neutrino tạo ra, chuyển tia sáng đó thành tín hiệu điện để nhà khoa học phân tích.

Thử nghiệm ban đầu và dữ liệu thu thập cho thấy hiệu suất của JUNO vượt ngoài mong đợi. JUNO có thể xác định thứ tự khối lượng neutrino mà không bị ảnh hưởng bởi tác động của vật chất trong Trái Đất. JUNO được thiết kế hoạt động khoa học 30 năm với lộ trình nâng cấp nhằm tìm kiếm phân rã beta kép không neutrino, quá trình phân rã phóng xạ giúp chứng minh hạt neutrino thuộc loại Majorana (hạt có tính chất đặc biệt là phản hạt của chính nó). JUNO sẽ góp phần giải quyết các câu hỏi trong vật lý hạt, vật lý thiên văn và vũ trụ học định hình hiểu biết phổ biến về vũ trụ.

Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đề xuất dự án JUNO năm 2008. Quá trình xây dựng JUNO dưới lòng đất bắt đầu vào năm 2015, và cuối năm 2021, nhóm phụ trách bắt đầu lắp đặt máy dò. Sau hai giai đoạn đổ đầy chất lỏng, hệ thống hoàn thành vào tháng 12 năm ngoái. Nhà vật lý Gioacchino Ranucci ở Đại học Milan, phó phát ngôn viên của JUNO, cho biết dự án quy tụ hơn 700 nhà nghiên cứu từ 74 tổ chức ở 17 quốc gia và khu vực, trong đó gần 300 đến từ Châu Âu, bao gồm Pháp, Đức, Italy.

JUNO là dự án đầu tiên trong thế hệ thí nghiệm neutrino mới quy mô lớn đi vào hoạt động. Thí nghiệm neutrino dưới lòng đất sâu tại Mỹ và đài quan sát neutrino Hyper-Kamiokande ở Nhật Bản, dự kiến đều hoạt động trong năm 2027-2028.