Mỹ Khai Thác Ngọn Núi Để Khám Phá Hạt Neutrino

Trong một nỗ lực đầy tham vọng nhằm khám phá những bí ẩn của vũ trụ, các nhà khoa học Mỹ đang tiến hành một dự án lớn tại bang South Dakota. Dự án này không chỉ đơn thuần là một thí nghiệm khoa học mà còn là một cuộc hành trình vào sâu trong lòng đất, nơi mà những hạt neutrino bí ẩn đang chờ đợi được phát hiện.

Những hang động khổng lồ đang được xây dựng tại một mỏ vàng cũ ở thị trấn Lead, South Dakota. Khi hoàn tất, cơ sở này sẽ trở thành một phần quan trọng của Thí nghiệm Neutrino Dưới Lòng Đất (DUNE). DUNE không chỉ là một trong những thí nghiệm lớn nhất trong lịch sử khoa học Mỹ mà còn là một bước tiến quan trọng trong việc hiểu biết về các hạt cơ bản của vũ trụ.

Thí nghiệm DUNE bắt đầu từ phòng thí nghiệm Fermilab, nơi đang phát triển một máy gia tốc hạt neutrino mạnh mẽ nhất thế giới. Cỗ máy này sẽ tăng tốc proton gần đến tốc độ ánh sáng, tạo ra chùm neutrino tập trung. Chùm neutrino này sẽ được hướng xuống lòng đất, nơi có hai bộ máy dò được đặt ở khoảng cách khác nhau.

Máy dò gần sẽ nằm cách máy dò xa khoảng 600 mét, trong khi máy dò xa sẽ được đặt ở độ sâu 1.286 km. Sự khác biệt về kích thước giữa hai máy dò này là do khoảng cách mà chùm hạt phải di chuyển. Máy dò xa có kích thước lớn hơn nhiều so với máy dò gần, với chiều dài khoảng 12 mét và chiều cao 3 mét.

Tại Lead, máy dò xa đang được xây dựng ở độ sâu 1.475 mét trong mỏ vàng cũ Homestake, tạo thành Cơ sở Nghiên cứu Dưới Lòng Đất Sanford (SURF). Cơ sở này sẽ cung cấp không gian cho nhiều thí nghiệm khoa học khác nhau và bao gồm ba hang động lớn, mỗi hang đủ lớn để chứa ba tượng Nữ thần Tự do nằm ngang. Đây là những hang động lớn nhất từng được xây dựng ở độ sâu này trên Trái Đất.

Khi đội ngũ SURF bắt đầu công việc tại khu mỏ cũ, họ đã phải thay thế hoặc tân trang hầu hết các thiết bị hiện có. Hầm Ross, lối vào cho mọi người đến chỗ máy dò, đã được gia cố bằng thép để đảm bảo an toàn. Tất cả các thanh thép đã bị ăn mòn và cần được thay thế trước khi công việc xây dựng có thể bắt đầu.

Từ năm 2012, công việc thay thế thép đã diễn ra dọc theo hầm dài 1.500 mét. Sau khi hoàn tất việc cải tạo, đội ngũ SURF đã chuyển sang vận chuyển thiết bị khai thác nặng xuống mặt đá. Hầm mỏ có hình chữ nhật với kích thước 4 x 7 mét, nhưng do vướng đường dây điện nước, diện tích còn lại để vận chuyển thiết bị đã bị thu hẹp xuống chỉ còn 1/5 kích thước ban đầu.

Quá trình xây dựng các hang động dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2024, sau khi 800.000 tấn đá được đào từ mỏ cũ. Các hang động hiện tại đang được lót bằng bê tông phun và sàn bê tông đang được đổ, sẵn sàng cho việc lắp đặt các phòng thí nghiệm công nghệ cao. Hang động giữa sẽ trở thành cơ sở dịch vụ với một trạm biến áp và hệ thống làm mát bằng chất lỏng, trong khi hai hang động còn lại sẽ dành riêng cho máy dò neutrino.

Tại DUNE, bốn module máy dò đang được lắp đặt, mỗi module sử dụng công nghệ khác nhau để thu thập dữ liệu về hành vi của neutrino, hay còn gọi là hạt ma. Neutrino là một trong những hạt nhỏ nhất trong vũ trụ và hầu như không tương tác với bất kỳ vật chất nào. Một hạt neutrino có thể di chuyển qua 5 năm ánh sáng chì trước khi có 50% khả năng dừng lại. Dự kiến, thí nghiệm DUNE sẽ chính thức bắt đầu vào năm 2032.

An Khang