“Xuyên thủng” Nam Cực để tìm bí ẩn vũ trụ
Các nhà khoa học đã khoan sâu xuống lớp băng vĩnh cửu để tìm dấu tích của những hạt vật chất bí ẩn hệt như “bóng ma”. <img src='/Images/EmoticonOng/06.png'>
Cuối tháng 12 vừa rồi, một cỗ máy kỳ bí tại Nam Cực đã được các nhà khoa học hoàn tất. Họ đã khoan sâu xuống lòng băng của nơi đây để đưa 5.160 cảm biến xuống độ sâu hơn 1,6km. Chúng sẽ có nhiệm vụ “bắt” lấy các hạt neutrino để giải một trong các bài toán bí ẩn nhất về vũ trụ.
Trạm quan sát neutrino mang tên IceCube sẽ săn tìm các hạt siêu nhỏ vốn rất phổ biến trong vũ trụ nhưng lại mang trong mình những tính năng rất lạ lùng. Mỗi giây, hàng tỉ tỉ hạt neutrino đi xuyên qua người chúng ta mà không gây ra bất cứ hiệu ứng gì.
Chúng trút xuống Trái Đất như một cơn mưa, xuyên qua khí quyển, mặt đất và tiếp tục cuộc hành trình trong vũ trụ. Người ta thậm chí còn phỏng đoán rằng có những hạt neutrino vẫn đang tiếp tục di chuyển kể từ khi chúng được sinh ra trong vụ nổ lớn Big Bang.
Một mũi khoan đưa bộ phận cảm biến xuống lòng Nam Cực.
Các hạt neutrino không mang điện và có khối lượng nghỉ cực kỳ nhỏ bé, tới mức chúng luôn chuyển động với tốc độ gần ngang với tốc độ ánh sáng.
Người ta thường gọi chúng là “bóng ma” do neutrino có khả năng tương tác quá yếu, đồng nghĩa với khả năng đâm xuyên rất cao. Người ta coi neutrino là một trong những thành phần quan trọng của vật chất tối, loại vật chất được cho là chiếm tới 70% khối lượng toàn vũ trụ nhưng hiện nay chúng ta vẫn chưa thể quan sát được.
Con người đã tìm nhiều cách để “tóm” lấy neutrino. Chúng ta từng xây dựng nhiều cỗ máy ở sâu dưới lòng đất nhằm thực hiện điều này. Một trong những cỗ máy ấn tượng nhất là cỗ máy ở Nhật Bản và cỗ máy được đặt ở một mỏ niken sâu tới 2km tại Canada.
Cỗ máy Super-Kamiokande ở Nhật Bản.
IceCube được giao nhiệm vụ tìm các hạt neutrino mang năng lượng cao, loại hạt phun ra từ các vụ nổ khổng lồ. Cỗ máy lớn này có giá 279 triệu $ và các cảm biến của nó nằm trong một phạm vi lên tới 1km khối, lớn gấp 1.000 lần cỗ máy Super-Kamiokande ở Nhật Bản.
Dù không được nhạy như cỗ máy của người Nhật nhưng các nhà khoa học hy vọng rằng nhờ kích thước lớn, IceCube sẽ “tóm” được dấu vết của các hạt neutrino khi chúng tương tác với hạt nhân của nước.
Các cảm biến của IceCube sẽ phát ra một tia sáng xanh mỗi khi các hạt neutrino tương tác với nước. Băng ở Nam Cực rất tinh khiết và nhờ đó, các nhà khoa học có thể chắc chắn rằng neutrino sẽ chỉ “đụng” phải nước thay vì các tạp chất khác.
Lớp băng dày ở Nam Cực giúp tăng cơ hội các hạt neutrino va chạm hơn và đây cũng là lý do khiến người ta phải dày công khoan sâu xuống lớp băng này như vậy.
Hình ảnh xây dựng cỗ máy IceCube tại Nam Cực.
Không giống như đa số các thí nghiệm vật lý khác, IceCube đã bắt đầu thu nhận dữ liệu ngay khi nó còn đang trong quá trình xây dựng.
Từ năm 2005, cỗ máy đã chứng kiến các hạt neutrino mang năng lượng lên tới 1 tỉ tỉ electron-volt, gấp 7 lần năng lượng sinh ra từ sự va chạm giữa các hạt proton tại Cỗ máy Gia tốc hạt lớn ở gần Geneva, Thụy Sĩ. Cũng cần nói thêm rằng cỗ máy gia tốc hạt đó là nơi người ta thử nghiệm tạo ra lỗ đen mini.
Các nhà vật lý học thiên thể có một danh sách các câu hỏi dài chờ IceCube giải đáp trong quãng thời gian hoạt động ước tính khoảng 15 năm của nó. Chẳng hạn, họ tin rằng các vụ nổ sao siêu mới giúp tăng tốc các hạt proton nhưng hiện vẫn chưa có bằng chứng để chứng minh. Khi quan sát các hạt neutrino mang năng lượng cao xuất phát từ các vụ nổ đó cùng với các hạt proton, người ta có thể chứng thực giả thuyết đó. 
TIN CÙNG CHUYÊN MỤC
Xem theo ngày
