Dự án kính viễn vọng săn 'hạt ma' dưới nước

23/03/2023 09:40

Các nhà khoa học Trung Quốc đang nghiên cứu phát triển một kính viễn vọng khổng lồ để quan sát hạt neutrino từ dưới hồ hoặc biển sâu.

Chen Mingjun, trưởng nhóm nghiên cứu của dự án tại Viện Vật lý Năng lượng cao thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cho biết kính viễn vọng sẽ được thiết kế với thể tích khoảng 30 km3 và lắp đặt ở độ sâu hơn 1 km so với mặt nước. Mục đích của việc xây dựng một cơ sở dưới nước này là để phát hiện các neutrino năng lượng cao.

Neutrino còn được gọi là "hạt ma" vì có khối lượng cực nhỏ, đến mức từng được cho là không có khối lượng. Nó là hạt tồn tại nhiều thứ hai trong vũ trụ, sau hạt ánh sáng (photon). Trong khi các hạt tích điện phải chịu tác động của từ trường, hạt neutrino có thể bay xuyên qua vũ trụ theo một đường thẳng mà không bị cản trở.

Các nhà thiên văn học cho rằng hạt neutrino được tạo ra từ bên ngoài hệ Mặt Trời. Vì vậy, việc phát hiện chúng đi qua kính thiên văn sẽ góp phần giải mã bí ẩn kéo dài hàng thế kỷ về nguồn gốc của tia vũ trụ.

Năm 2021, đài quan sát độ cao lớn LHAASO của Trung Quốc đã phát hiện 12 nguồn tia gamma, được cho là phát ra từ cùng nguồn với các tia vũ trụ. Một giả thuyết phổ biến là neutrino năng lượng cao và tia gamma được tạo ra đồng thời khi các tia vũ trụ năng lượng cao khởi phát.

"Nếu có thể phát hiện hai loại hạt cùng nhau, chúng ta có thể xác định nguồn gốc của các tia vũ trụ", Chen giải thích.

Mô phóng máy dò hạt neutrino dưới nước. Ảnh: Space Science

Khi đi qua nước, neutrino sẽ va chạm với hạt nhân nguyên tử và tạo ra các hạt thứ cấp. Quá trình phát ra tín hiệu ánh sáng mà máy dò dưới nước có thể bắt được. Một số nghiên cứu đã gợi ý về khả năng này và Chen tin rằng cơ sở săn tìm neutrino dưới nước có thể lần ra nguồn gốc của bức xạ không gian bí ẩn.

Về lý do tại sao các nhà khoa học triển khai kính viễn vọng dưới độ sâu lên tới 1 km, Chen cho biết vùng nước này không có ánh sáng Mặt Trời và do quá trình quang hợp không thể diễn ra nên cũng không có cá hay vi sinh vật. Nước sạch sẽ giúp tăng cơ hội phát hiện tín hiệu neutrino.

Các máy dò neutrino dưới nước tương tự trên thế giới như Đài quan sát neutrino IceCube được triển khai gần Nam Cực và kính viễn vọng neutrino Baikal-GVD ở hồ Baikal có quy mô lần lượt chỉ là 1 và 0,5 km3. Máy dò của Trung Quốc theo kế hoạch sẽ lớn hơn nhiều. Đó là một kính viễn vọng 30 km3 gồm hơn 55.000 module quang học treo dọc theo 2.300 sợi dây.

Vào tháng 2, Chen cùng các cộng sự đã hoàn thành cuộc thử nghiệm trên biển đầu tiên để kiểm tra hệ thống phát hiện ở độ sâu 1.800 m dưới nước. Hầu hết các thành viên trong nhóm đã dành nhiều năm nghiên cứu tia vũ trụ. Họ từng tham gia vào dự án LHAASO, một máy dò tia vũ trụ khổng lồ nằm trên vùng núi cao 4,41 km so với mực nước biển ở tỉnh Tứ Xuyên, tây nam Trung Quốc.

Tuy nhiên, việc săn lùng neutrino ngoài Trái Đất từ vùng nước sâu khó khăn hơn so với trên núi. Chen cho biết thêm rằng những thách thức hiện tại mà nhóm của ông phải đối mặt bao gồm phát triển máy dò để đáp ứng yêu cầu cao hơn về chống thấm nước, cũng như chi phí lớn cho thiết bị và hoạt động dưới nước.