Hoạt động của máy gia tốc hạt nhân lớn nhất thế giới
Các cú sốc proton bên trong LHC - máy gia tốc hạt nhân lớn nhất thế giới sẽ giải phóng hơi nóng mạnh gấp 100.000 lần hơi nóng của tâm mặt trời và sẽ cho phép dò tìm ra hạt Higgs (hạt chúa trời)...
Máy gia tốc hạt nhân (Large Hadron Collider - LHC) có nhiệm vụ dò các hạt cơ bản của vật chất mà ngành vật lý lý thuyết đã tiên đoán nhưng chưa từng quan sát được. Đặc biệt, nó cũng phải đưa ra ánh sáng những hạt được gọi là "siêu song song" tạo nên vật chất đen (cùng năng lượng tối chiếm 96% vũ trụ; trong khi các vật chất nhìn thấy được chỉ chiếm 4%).
Ngay sau 7h30 GMT, chùm proton đầu tiên đã được phóng vào LHC - một ống tròn có chu vi 27km chôn ở độ sâu 100 mét dưới lòng đất hai bên biên giới Pháp - Thụy Sỹ.
Để thu được loạt proton đầu tiên, người ta đã phải chuẩn bị trong 1 thời gian rất dài và đầy tỉ mỉ. Trước hết, làm lạnh lần lượt 8 khoang của LHC ở nhiệt độ -271oC, tức là 1,9oC trên độ không tuyệt đối để 1.600 thanh nam châm có khả năng siêu dẫn. Từ trường của các thanh nam châm này sẽ dẫn đường cho các hạt xoay theo 1 quỹ đạo vòng.
Tháng 8/2008 vừa rồi người ta đã thử nghiệm lần đầu tiên sự lưu thông hai chiều của các hạt trên chặng đường 3km. Thành công đã khiến các nhà khoa học quyết định bắn proton vào toàn bộ ống máy (quãng đường 27km). Chỉ khi các chùm proton thực sự ổn định trên cả hai chiều, các êkip của Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) mới cho các hạt va chạm vào nhau.
Lẽ ra LHC đã được vận hành từ mùa thu năm 2007. Đây là sự kiện được cộng đồng các nhà vật lý khắp thế giới mong chờ từ lâu. Lý do của sự chậm trễ này là một số nam châm có vai trò định vị các chùm hạt chưa đủ mạnh.
"Sau khi phóng chùm tia này vào, chúng tôi đã phải đợi 5 giây mới nhận được các dữ liệu" - Giám đốc Dự án LHC, Lyn Evans cho biết. Sau đó, một tia sáng loé trên màn hình điều khiển cho thấy chùm tia này đã thực sự đi vào đoạn ống đầu tiên. Gần một giờ sau khi khởi động, chùm tia đã quét một vòng hoàn chỉnh đầu tiên trong ống. Mục tiêu chính mà các nhà khoa học đề ra cho ngày thử nghiệm đầu tiên này như vậy là đã hoàn thành.
Quá trình khởi động này sẽ được tiếp tục với việc phóng một chùm tia thứ hai quay theo chiều ngược lại. Vài tuần nữa, những cú va chạm proton đầu tiên sẽ diễn ra với nguồn năng lượng lên đến 450 gigaéletronvolts (Gev), tức là gần bằng một nửa công suất của máy Fermilab khởi động tại Chicago (đến nay vẫn là máy gia tốc hạt nhân lớn nhất). Chắc là phải nhiều tuần hoặc tháng nữa, năng lượng được khởi động trong LHC sẽ phân ra thành nhiều cấp độ không đồng đều để lên đến mức 7 téraélectronvolts (Tev), tức là cao hơn công suất của Fermilab 7 lần.
Quá trình vận hành LHC sẽ diễn ra nhanh dần. Năng lượng của những hạt proton đầu tiên được phóng vào ống là 0,45 tera-electron-volts (1 TeV = 1 triệu triệu electron-volts). Từ nay đến cuối năm, năng lượng này sẽ tăng lên đến 5 TeV để đến năm 2010, khi LHC chạy hết công suất, sẽ đạt được 7 TeV, nghĩa là mỗi khi 2 proton va vào nhau, chúng sẽ tạo ra 1 năng lượng là 14 TeV. Cụ thể, mỗi 1 sự va chạm sẽ giải phóng năng lượng tương đương năng lượng do một đàn 14 con muỗi sinh ra, nhưng tập trung vào một không gian nhỏ hơn 1/1000 tỷ lần so với độ lớn cơ thể 1 con muỗi. Sức công phá này cao hơn rất nhiều so với sức công phá của các máy gia tốc hạt nhân trước đây.
Dự án khổng lồ LHC
Dự án LHC do Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu CERN thực hiện với chi phí 3,76 tỉ ơ-rô, đã huy động trong hơn một thập kỷ hàng ngàn nhà vậy lý và kỹ sư trên toàn thế giới. Riêng các cuộc thử nghiệm của CERN phục vụ LHC, đã thu hút 8000 nhà vật lý nguyên tử (tức là 1/2 tổng số chuyên gia lĩnh vực này của toàn thế giới). Nhiều nước đã đóng góp tài chính cho LHC (Nhật Bản từ năm 1995, rồi Ấn Độ, Nga, Canada, Trung Quốc, Mỹ...)
Những năm 1980, Mỹ, Nga và châu Âu đã chạy đua để lắp ráp máy gia tốc hạt nhân mạnh nhất. Năm 1993 người Mỹ đã mở 1 dự án cạnh tranh với LHC, triển khai tại Texas
Sở dĩ châu Âu thành công, là do đã tập hợp được các chuyên gia đầu ngành trên khắp hành tinh, đã dám làm và biết áp dụng những công nghệ phù hợp (chủ yếu được phát triển tại Ủy ban Năng lượng hạt nhân Pháp).
Mục tiêu của LHC, "đó là hiểu được cách hoạt động của vật chất cơ bản nhất" - ông Daniel Denegri - một chuyên gia vật lý phụ trách thử nghiệm CMS (một trong bốn bộ dò hạt được gắn xung quanh đường ống) nói.
Bộ dò CMS là một máy công nghệ cao nặng 12500 tấn, được 1800 nhà vật lý của 32 nước cộng tác để thiết kế và lắp đặt. Bộ dò này có vô khối lớp với công nghệ cực kỳ tiên tiến. Mỗi lớp được thiết kế để đảm nhận 1 nhiệm vụ đặc biệt, và khi các lớp này cùng hoạt động, chúng sẽ cho phép CMS xác định và đo thật chính xác năng lượng của tất cả các hạt sinh ra trong các cú sốc proton - proton của LHC.
Các lớp của bộ dò CMS được lắp ráp theo hình xilanh đồng tâm xung quanh 1 điểm va chạm. Trung tâm của CMS có khối nam châm siêu dẫn lớn nhất với từ trường mạnh nhất và năng lượng tích luỹ trong khối này là lớn nhất cho đến nay. Khối nam châm có đường kính 6m, dài 13m, có từ trường 4 Tesla, tức là năng lượng 2,5 Giga Joules, đủ làm chảy 18 tấn vàng. CMS có tổng số 15 triệu điểm tiếp xúc điện tử, được điều khiển bởi những máy tính siêu mạnh cung cấp thông tin mà bộ dò truyền cho.
Các cú sốc proton bên trong LHC sẽ giải phóng hơi nóng mạnh gấp 100.000 lần hơi nóng của tâm mặt trời và sẽ cho phép dò tìm ra hạt Higgs, một loại hạt bí ẩn tạo khối lượng cho tất cả các hạt khác theo thuyết "Mô hình chuẩn" (Hạt Higgs còn gọi là "hạt thánh", mang tên nhà vật lý đưa ra giả thiết về sự tồn tại của nó cách đây 44 năm).
Năng lượng cực mạnh được sử dụng cũng sẽ cho phép tái tạo trong vòng một phần giây tình trạng vũ trụ trong một phần trăm ngàn giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang cách đây 13,7 tỉ năm. Các vụ nổ cũng có thể tạo ra những hố đen nhỏ mà các chuyên gia vật lý của Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu đảm bảo là không gây nguy hiểm gì, bởi vì chúng chỉ xuất hiện chớp nhoáng. Một vài nhà khoa học lo lắng rằng những hố đen đó sẽ hấp thụ tất cả vật chất xung quanh chúng, gây ra ngày tận thế.
Trần Công (Theo Nouvelobs.com, Liberation.fr) - Theo Vietnamnet
Bên trong LHC. (Ảnh: AFP)
Máy gia tốc hạt nhân (Large Hadron Collider - LHC) có nhiệm vụ dò các hạt cơ bản của vật chất mà ngành vật lý lý thuyết đã tiên đoán nhưng chưa từng quan sát được. Đặc biệt, nó cũng phải đưa ra ánh sáng những hạt được gọi là "siêu song song" tạo nên vật chất đen (cùng năng lượng tối chiếm 96% vũ trụ; trong khi các vật chất nhìn thấy được chỉ chiếm 4%).
Ngay sau 7h30 GMT, chùm proton đầu tiên đã được phóng vào LHC - một ống tròn có chu vi 27km chôn ở độ sâu 100 mét dưới lòng đất hai bên biên giới Pháp - Thụy Sỹ.
Để thu được loạt proton đầu tiên, người ta đã phải chuẩn bị trong 1 thời gian rất dài và đầy tỉ mỉ. Trước hết, làm lạnh lần lượt 8 khoang của LHC ở nhiệt độ -271oC, tức là 1,9oC trên độ không tuyệt đối để 1.600 thanh nam châm có khả năng siêu dẫn. Từ trường của các thanh nam châm này sẽ dẫn đường cho các hạt xoay theo 1 quỹ đạo vòng.
Tháng 8/2008 vừa rồi người ta đã thử nghiệm lần đầu tiên sự lưu thông hai chiều của các hạt trên chặng đường 3km. Thành công đã khiến các nhà khoa học quyết định bắn proton vào toàn bộ ống máy (quãng đường 27km). Chỉ khi các chùm proton thực sự ổn định trên cả hai chiều, các êkip của Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) mới cho các hạt va chạm vào nhau.
Lẽ ra LHC đã được vận hành từ mùa thu năm 2007. Đây là sự kiện được cộng đồng các nhà vật lý khắp thế giới mong chờ từ lâu. Lý do của sự chậm trễ này là một số nam châm có vai trò định vị các chùm hạt chưa đủ mạnh.
Trung tâm điều khiển LHC (Ảnh: AFP)
"Sau khi phóng chùm tia này vào, chúng tôi đã phải đợi 5 giây mới nhận được các dữ liệu" - Giám đốc Dự án LHC, Lyn Evans cho biết. Sau đó, một tia sáng loé trên màn hình điều khiển cho thấy chùm tia này đã thực sự đi vào đoạn ống đầu tiên. Gần một giờ sau khi khởi động, chùm tia đã quét một vòng hoàn chỉnh đầu tiên trong ống. Mục tiêu chính mà các nhà khoa học đề ra cho ngày thử nghiệm đầu tiên này như vậy là đã hoàn thành.
Quá trình khởi động này sẽ được tiếp tục với việc phóng một chùm tia thứ hai quay theo chiều ngược lại. Vài tuần nữa, những cú va chạm proton đầu tiên sẽ diễn ra với nguồn năng lượng lên đến 450 gigaéletronvolts (Gev), tức là gần bằng một nửa công suất của máy Fermilab khởi động tại Chicago (đến nay vẫn là máy gia tốc hạt nhân lớn nhất). Chắc là phải nhiều tuần hoặc tháng nữa, năng lượng được khởi động trong LHC sẽ phân ra thành nhiều cấp độ không đồng đều để lên đến mức 7 téraélectronvolts (Tev), tức là cao hơn công suất của Fermilab 7 lần.
Quá trình vận hành LHC sẽ diễn ra nhanh dần. Năng lượng của những hạt proton đầu tiên được phóng vào ống là 0,45 tera-electron-volts (1 TeV = 1 triệu triệu electron-volts). Từ nay đến cuối năm, năng lượng này sẽ tăng lên đến 5 TeV để đến năm 2010, khi LHC chạy hết công suất, sẽ đạt được 7 TeV, nghĩa là mỗi khi 2 proton va vào nhau, chúng sẽ tạo ra 1 năng lượng là 14 TeV. Cụ thể, mỗi 1 sự va chạm sẽ giải phóng năng lượng tương đương năng lượng do một đàn 14 con muỗi sinh ra, nhưng tập trung vào một không gian nhỏ hơn 1/1000 tỷ lần so với độ lớn cơ thể 1 con muỗi. Sức công phá này cao hơn rất nhiều so với sức công phá của các máy gia tốc hạt nhân trước đây.
Dự án khổng lồ LHC
Dự án LHC do Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu CERN thực hiện với chi phí 3,76 tỉ ơ-rô, đã huy động trong hơn một thập kỷ hàng ngàn nhà vậy lý và kỹ sư trên toàn thế giới. Riêng các cuộc thử nghiệm của CERN phục vụ LHC, đã thu hút 8000 nhà vật lý nguyên tử (tức là 1/2 tổng số chuyên gia lĩnh vực này của toàn thế giới). Nhiều nước đã đóng góp tài chính cho LHC (Nhật Bản từ năm 1995, rồi Ấn Độ, Nga, Canada, Trung Quốc, Mỹ...)
Những năm 1980, Mỹ, Nga và châu Âu đã chạy đua để lắp ráp máy gia tốc hạt nhân mạnh nhất. Năm 1993 người Mỹ đã mở 1 dự án cạnh tranh với LHC, triển khai tại Texas
Sở dĩ châu Âu thành công, là do đã tập hợp được các chuyên gia đầu ngành trên khắp hành tinh, đã dám làm và biết áp dụng những công nghệ phù hợp (chủ yếu được phát triển tại Ủy ban Năng lượng hạt nhân Pháp).
“Big Bang”: LHC bắt đầu hoạt động (Ảnh: Challenges.fr)
Mục tiêu của LHC, "đó là hiểu được cách hoạt động của vật chất cơ bản nhất" - ông Daniel Denegri - một chuyên gia vật lý phụ trách thử nghiệm CMS (một trong bốn bộ dò hạt được gắn xung quanh đường ống) nói.
Bộ dò CMS là một máy công nghệ cao nặng 12500 tấn, được 1800 nhà vật lý của 32 nước cộng tác để thiết kế và lắp đặt. Bộ dò này có vô khối lớp với công nghệ cực kỳ tiên tiến. Mỗi lớp được thiết kế để đảm nhận 1 nhiệm vụ đặc biệt, và khi các lớp này cùng hoạt động, chúng sẽ cho phép CMS xác định và đo thật chính xác năng lượng của tất cả các hạt sinh ra trong các cú sốc proton - proton của LHC.
Các lớp của bộ dò CMS được lắp ráp theo hình xilanh đồng tâm xung quanh 1 điểm va chạm. Trung tâm của CMS có khối nam châm siêu dẫn lớn nhất với từ trường mạnh nhất và năng lượng tích luỹ trong khối này là lớn nhất cho đến nay. Khối nam châm có đường kính 6m, dài 13m, có từ trường 4 Tesla, tức là năng lượng 2,5 Giga Joules, đủ làm chảy 18 tấn vàng. CMS có tổng số 15 triệu điểm tiếp xúc điện tử, được điều khiển bởi những máy tính siêu mạnh cung cấp thông tin mà bộ dò truyền cho.
Các cú sốc proton bên trong LHC sẽ giải phóng hơi nóng mạnh gấp 100.000 lần hơi nóng của tâm mặt trời và sẽ cho phép dò tìm ra hạt Higgs, một loại hạt bí ẩn tạo khối lượng cho tất cả các hạt khác theo thuyết "Mô hình chuẩn" (Hạt Higgs còn gọi là "hạt thánh", mang tên nhà vật lý đưa ra giả thiết về sự tồn tại của nó cách đây 44 năm).
Năng lượng cực mạnh được sử dụng cũng sẽ cho phép tái tạo trong vòng một phần giây tình trạng vũ trụ trong một phần trăm ngàn giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang cách đây 13,7 tỉ năm. Các vụ nổ cũng có thể tạo ra những hố đen nhỏ mà các chuyên gia vật lý của Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu đảm bảo là không gây nguy hiểm gì, bởi vì chúng chỉ xuất hiện chớp nhoáng. Một vài nhà khoa học lo lắng rằng những hố đen đó sẽ hấp thụ tất cả vật chất xung quanh chúng, gây ra ngày tận thế.
Trần Công (Theo Nouvelobs.com, Liberation.fr) - Theo Vietnamnet
Nhận xét
Đăng nhận xét