Mỹ chôn 4.500 tấn thép xuống lòng đất để phục vụ dự án tham vọng nhất thế giới: Mục đích là gì?

Dự án Thí nghiệm Neutrino sâu dưới lòng đất (DUNE) vừa chính thức bước vào giai đoạn lắp đặt thực địa, đánh dấu một cột mốc lịch sử trong ngành vật lý hạt toàn cầu. Tại cơ sở nghiên cứu ngầm Sanford ở South Dakota, Mỹ đã bắt đầu đưa hơn 10 triệu pound (tương đương khoảng 4.500 tấn) thép xuống độ sâu hơn 1,5km dưới lòng đất. Đây không chỉ là một kỳ tích về kỹ thuật xây dựng mà còn là phát súng mở màn cho cuộc săn tìm "hạt ma" (neutrino) – chìa khóa mở ra cánh cửa hiểu biết về nguồn gốc của vật chất và sự tồn tại của chính chúng ta.

DUNE được coi là một trong những thí nghiệm vật lý hạt tham vọng nhất thế giới.

Phòng thí nghiệm gia tốc hàng đầu quốc gia Fermi (Fermilab) của Mỹ về vật lý hạt năng lượng cao, đã thông báo khởi công lắp ráp thiết bị dò dưới lòng đất cho dự án neutrino khổng lồ ở Nam Dakota vào ngày 7/5. Dự án này được thực hiện cùng với Cơ sở nghiên cứu dưới lòng đất Sanford và CERN.

Được vận chuyển sâu xuống lòng đất, các dầm thép sẽ được sử dụng để xây dựng các mô-đun dò tìm khổng lồ, giúp các kỹ sư của Fermilab nghiên cứu neutrino, một trong những hạt phổ biến nhất và ít được hiểu rõ nhất trong vũ trụ.

Norbert Holtkamp, giám đốc Fermilab, nhấn mạnh tầm quan trọng của bước tiến này. Ông giải thích: “Hôm nay đánh dấu sự khởi đầu của một giai đoạn then chốt đối với DUNE, đó là việc phát triển các cấu trúc máy dò ở xa tại Nam Dakota.”

Giai đoạn xây dựng mới

Dự án DUNE quy tụ các nhà khoa học và kỹ sư từ hơn 35 quốc gia trên toàn cầu. Khi đi vào hoạt động đầy đủ, nó sẽ gửi chùm tia neutrino mạnh nhất thế giới đi khoảng 800 dặm từ Fermilab ở Illinois đến các máy dò được chôn sâu dưới lòng đất tại SURF ở Nam Dakota.

Đối với dự án này, Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) đã cung cấp nhân lực, chuyên môn và 10 triệu pound thép cho các máy dò ngầm. Đây là khoản đầu tư cơ sở hạ tầng đầu tiên của tổ chức này bên ngoài châu Âu.

Các dầm thép sẽ được sử dụng để chế tạo các bình chứa lạnh (cryostat). Đây là những thùng chứa cách nhiệt khổng lồ được thiết kế để chứa argon lỏng được làm lạnh đến -300 độ Fahrenheit. Các thiết bị dò này sẽ thu nhận các tương tác neutrino với độ chính xác chưa từng có.

Mỗi trong hai mô-đun dò đầu tiên sẽ có kích thước khổng lồ. Trên thực tế, khoảng cách này tương đương với chiều dài khoảng 69 mét, chiều rộng 19 mét và chiều cao 18 mét, bằng kích thước của một tòa nhà năm tầng. Sau khi hoàn thành, mỗi buồng đông lạnh sẽ chứa khoảng 17.000 tấn argon lỏng, nằm sâu gần một dặm dưới lòng đất.

Đi xuống lòng đất

Mark Thomson, tổng giám đốc CERN, tiết lộ rằng CERN đang cung cấp các nguyên mẫu máy dò và các thiết bị làm lạnh khổng lồ cho dự án DUNE, đồng thời, các phòng thí nghiệm của Mỹ đang cung cấp nam châm siêu dẫn cho Máy gia tốc hạt lớn có độ sáng cao (High-Luminosity Large Hadron Collider). “Cột mốc quan trọng này đối với DUNE là minh chứng cho mối quan hệ đối tác khoa học vững chắc giữa CERN và Mỹ,” Thomson kết luận.

Thí nghiệm DUNE là dự án khoa học lớn nhất hiện đang được Văn phòng Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) tài trợ. Ngoài ra, đây cũng là một trong những thí nghiệm neutrino quan trọng nhất từng được thực hiện.

Các hạt neutrino vô cùng khó nghiên cứu vì chúng hiếm khi tương tác với vật chất. Hàng tỷ hạt neutrino đi xuyên qua cơ thể người mỗi giây mà không hề bị phát hiện. Theo Fermilab, dự án này có thể giúp giải đáp một số bí ẩn vật lý lớn nhất, bao gồm lý do tại sao vật chất chiếm ưu thế hơn phản vật chất trong vũ trụ và vũ trụ đã tiến hóa như thế nào sau Vụ nổ lớn.

Nhóm nghiên cứu cũng tin rằng công trình này có thể ảnh hưởng đến nhiều lĩnh vực, bao gồm an ninh quốc gia, truyền thông và hình ảnh y tế. Dự án quy tụ hơn 1.500 nhà khoa học từ các tổ chức trên toàn thế giới. Với việc lắp đặt dưới lòng đất hiện đang được tiến hành, mục tiêu lớn tiếp theo của Fermilab là cung cấp chùm tia neutrino đầu tiên cho DUNE vào năm 2031.