Vì sao Đài quan sát Neutrino ngầm của Trung Quốc được đặt ở độ sâu 700m?

Đài quan sát Neutrino ngầm Giang Môn (JUNO) là dự án do Viện Vật lý Năng lượng Cao (IHEP) thuộc Viện Khoa học Trung Quốc (CAS) và chính quyền tỉnh Quảng Đông khởi công xây dựng vào năm 2015. Đài quan sát này được thiết kế để phát hiện Neutrino, một trong những hạt cơ bản nhất và lâu đời nhất trong vũ trụ.

Nhân viên lắp đặt thiết bị vào hệ thống máy dò JUNO hình cầu. Ảnh: IHEP

Phần lõi của dự án là một quả cầu thủy tinh. Đây cũng là phần chính của thiết bị thăm dò thí nghiệm Neutrino, vừa hoàn thành việc lắp đặt lớp vỏ kim loại bên ngoài có đường kính hơn 40m và khoảng 45.000 ống nhân quang hôm 20/11.

Theo ông Vương Di Phương (Wang Yifang), Viện sĩ Viện Khoa học Trung Quốc, cũng là nhà khoa học trưởng của dự án thí nghiệm Neutrino Giang Môn, sau khi hoàn thành việc lắp đặt, đổ đầy nước siêu tinh khiết và chất lỏng nhấp nháy, thiết bị sẽ bắt đầu đi vào vận hành, thu thập dữ liệu từ tháng 8/2025 và dự kiến sẽ hoạt động trong khoảng 30 năm.

Ông cho biết: "Một mặt, chúng tôi muốn biết khối lượng tuyệt đối của neutrino là bao nhiêu, mặt khác cũng muốn biết sự chênh lệch khối lượng tương đối giữa các neutrino thông qua dao động của chúng. Qua việc nghiên cứu này, chúng tôi có thể xây dựng một lý thuyết cho sự hiểu biết của mình về thế giới vật chất. Dựa vào đó, còn có thể liên kết với nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ, cho phép chúng ta hiểu được vũ trụ và thế giới vật chất.".

Các ống nhân quang được lắp đặt gần đáy giàn thép không gỉ của JUNO. Ảnh: IHEP

Được biết, khối cầu thủy tinh sẽ được treo trong 35.000 tấn nước siêu tinh khiết và khoảng 20.000 tấn chất phát sáng ở độ sâu 700m dưới lòng đất để đo khối lượng của các loại neutrino khác nhau được tạo ra từ hai nhà máy điện hạt nhân gần đó.

Lý giải về điều này, ông Vương Di Phương cho biết thêm, mục tiêu khoa học chính của Thí nghiệm Neutrino Giang Môn (JUNO) là xác định tuần tự khối lượng của các neutrino, việc này được thực hiện bằng cách đo dao động neutrino của lò phản ứng. Nhiệt năng của lò phản ứng càng lớn thì số lượng neutrino được giải phóng càng nhiều và độ chính xác của thí nghiệm càng cao. Trạm thí nghiệm cần cách các lò phản ứng từ 50-55 km, tương ứng với giá trị dao động cực đại của các hạt này; khoảng cách đến mỗi lò phản ứng phải bằng nhau, nếu không các hiệu ứng dao động sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Khu vực gần thành phố Khai Bình ở Giang Môn, nơi có các cụm lò phản ứng hạt nhân Dương Giang và Đài Sơn đáp ứng những điều kiện khắt khe này.

Vậy tại sao thiết bị thăm dò lõi lại đặt ở độ sâu 700 mét dưới lòng đất? Ông Tào Tuấn (Cao Jun), Viện trưởng Viện Vật lý Năng lượng Cao thuộc Viện Khoa học Trung Quốc, cho biết tia vũ trụ có thể gây ra tín hiệu sai cho thiết bị phát hiện neutrino. Việc xây dựng dưới lòng đất có thể che chắn hầu hết sự can thiệp của tia vũ trụ, nên hầu như tất cả các thí nghiệm neutrino đều được tiến hành dưới lòng đất. Còn theo ông Hà Miêu (He Miao), người đứng đầu nhóm neutrino tại Trung tâm Vật lý Thực nghiệm của IHEP, độ sâu 700 mét có thể làm giảm tần suất xuất hiện của tia vũ trụ gần 100.000 lần.

Neutrino thường được gọi là “hạt ma” vì chúng gần như không có khối lượng và hiếm khi tương tác với vật chất khác, khiến chúng cực kỳ khó phát hiện.

Là một trong những hạt cơ bản cấu tạo nên thế giới vật chất, neutrino đóng vai trò quan trọng ngay từ khi vũ trụ được hình thành, cũng như trong thế giới vật chất nhỏ bé nhất và vũ trụ bao la nhất. Không có neutrino, Mặt Trời sẽ không tỏa sáng, cũng không có Thiên hà, Trái Đất hay con người.

Kể từ khi phát hiện ra neutrino vào năm 1956, việc thăm dò và nghiên cứu loại hạt này chưa hề dừng lại. Nghiên cứu trong lĩnh vực neutrino đã giành được 4 giải Nobel.

Trước Đài quan sát Neutrino ngầm Giang Môn, Trung Quốc từng thực hiện dự án Thí nghiệm neutrino tại lò phản ứng vịnh Đại Á (Daya), hoạt động từ năm 2003-2020 gần Thâm Quyến, cũng ở tỉnh Quảng Đông. Theo dự kiến, JUNO sẽ là cỗ máy đầu tiên hoạt động trong số những máy dò neutrino thế hệ mới trên thế giới.

Bích Thuận/VOV-Bắc Kinh