Cách đây chưa lâu, bài viết về 20 đường hầm kỳ thú nhất thế giới của trang tin CNN đã khiến nhiều bạn đọc quan tâm. Một trong những địa điểm được nhắc tới chính là địa đạo Củ Chi của Việt Nam, một công trình với khoảng 250km đường hầm dưới đất, có đủ chức năng hỗ trợ quân dân Việt Nam kháng chiến giành lại độc lập cho tổ quốc.
Bên cạnh địa đạo Củ Chi và một số địa điểm khác, CNN có nhắc tới một công trình có ý nghĩa to lớn cho công cuộc tìm hiểu tự nhiên, đó là Máy gia tốc hạt lớn (Large Hadron Collider) nằm giữa biên giới Pháp và Thụy Sĩ.
CỖ MÁY TÌM VỀ KHỞI NGUỒN CỦA VŨ TRỤ
Bức ảnh trong bài viết của CNN.
Máy gia tốc hạt lớn (Large Hadron Collider - LHC) là máy gia tốc hạt mạnh nhất thế giới do Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (European Organization for Nuclear Research - CERN) xây dựng.
Cỗ máy này hoạt động lần đầu từ ngày 10/9/2008; cho đến nay, máy gia tốc hạt lớn LHC là phương tiện nghiên cứu mới nhất trong khu tổ hợp máy gia tốc hạt của CERN.
Máy gia tốc hạt LHC có chu vi lên tới 27km. Ảnh: MAXIMILIEN BRICE (CERN)
Máy gia tốc hạt LHC nằm trong đường hầm hình tròn có chu vi lên tới 27km, ẩn sâu bên dưới dãy An-pơ, giữa biên giới Pháp và Thụy Sĩ. Máy gia tốc có tới hàng nghìn nam châm siêu dẫn, dùng để tạo từ trường mạnh, dẫn hai chùm hạt năng lượng cao di chuyển tới vận tốc tiệm cận tốc độ ánh sáng và va chạm vào nhau.
Các nam châm tại máy có kích thước và chủng loại khác nhau, bao gồm 1232 nam châm song cực, mỗi cái dài 15 mét, dùng để bẻ hướng di chuyển của các chùm hạt; 392 nam châm bốn cặp cực với chiều dài từ 5 đến 7 mét mỗi cái.
Để các hạt có thể va chạm vào nhau, một loại nam châm khác xuất hiện và ép các hạt vào gần nhau, tức làm tăng khả năng va chạm. Cần nhớ rằng các hạt trong máy gia tốc có kích thước cực kỳ nhỏ, việc khiến chúng va vào nhau tương tự như bắn hai cây kim khâu ở khoảng cách 10 kilomet sao cho chúng đâm vào nhau ở đoạn giữa.
Máy gia tốc hạt lớn LHC. Ảnh: Britanica
Một trong những nhiệm vụ của máy gia tốc hạt lớn LHC là để tìm hiểu về những thành phần cốt yếu của vật chất. Để làm được vậy thì máy gia tốc hạt lớn LHC sẽ tái tạo các điều kiện xảy ra ở khoảng một phần tỷ giây sau khi xảy ra Vụ Nổ Lớn (Big Bang) - khởi nguồn của vũ trụ.
Trong suốt hàng chục năm trước đây, các nhà vật lý học đã sử dụng lý thuyết "Mô hình chuẩn" để áp dụng với các hạt cơ bản; lý thuyết này dù có thể áp dụng được tương đối vẫn tồn tại nhiều hạn chế, như không thể giải thích được vì sao một vài loại hạt lại có trọng lượng.
Một trong những phát hiện quan trọng nhất mà máy gia tốc hạt LHC đã giúp khoa học nhân loại đạt được là vào năm 2021 tìm ra hạt Higgs, hay còn gọi là Hạt Của Chúa - một trong 17 hạt sơ cấp tạo nên lý thuyết kỳ công nhất của các nhà khoa học về "Mô hình chuẩn", hay xa hơn là giúp con người hiểu về cấu trúc của vật chất và suy luận ra sự hình thành của vũ trụ.
CỖ MÁY HÌNH... "BÁNH RÁN"
Máy gia tốc hạt lớn LHC có hình dáng là đường tròn, thuộc 1 trong 2 kiểu cơ bản của máy gia tốc (loại còn lại là đường thẳng, tức bắn các hạt theo một đường thẳng). Trong bài viết của CNN, trang tin này mô tả máy gia tốc hạt lớn LHC có hình giống bánh rán donut.
Về cơ bản, các hạt được bắn ra sẽ đi trong một ống hình tròn. Tại mỗi điểm chốt, điện trường sẽ tăng dần, làm tăng tốc độ của các hạt di chuyển trong ống. Khi các hạt đạt đến tốc độ mong muốn thì sẽ được dẫn đi trên một tuyến định trước, nhằm quan sát vụ va chạm giữa các hạt.
So với máy gia tốc hạt kiểu đường thẳng, máy gia tốc hạt đường tròn như LHC cần ít không gian hơn, nhưng khó xây dựng và khó vận hành hơn; song, cơ hội để các hạt va vào nhau tại đây lại cao hơn.
Ảnh chụp bên trong đường hầm. Nguồn: Maximilien Brice/CERN
Theo CERN, các nghiên cứu tại máy gia tốc hạt LHC có thể cho các nhà khoa học bằng chứng cụ thể hơn về sự tồn tại của vật chất tối - loại vật chất có nhiều trong vũ trụ mà con người hoàn toàn không có cách để nhìn thấy.
Một điều đáng nhắc đến là vật chất tối chiếm 26,6% vũ trụ, phần còn lại bao gồm năng lượng tối (chiếm 68,5%) và các vật chất nhìn thấy được - là thứ tạo nên chính con người hay các hành tinh trong vũ trụ (chiếm 4,9%).
Cho tới nay, có nhiều giả thuyết cho rằng các hạt vật chất tối có trọng lượng đủ nhẹ để có thể được tạo ra trong máy gia tốc hạt LHC. Nếu như các hạt vật chất tối được sinh ra tại LHC, các nhà khoa học cho rằng nó sẽ có thể "trốn" mất mà máy dò không hề hay biết.
Song, khi "tẩu thoát" thì các hạt vật chất tối sẽ mang theo năng lượng và động lực; do đó, các nhà khoa học có thể suy luận sự tồn tại của các hạt làm nên vật chất tối bằng cách tìm ra lượng năng lượng và động lực hao hụt sau các vụ va chạm giữa các hạt.
Hiện có nhiều thuyết mô tả vật lý ngoài "Mô hình chuẩn" mà ở đó có nhiều hạt tiềm năng làm nên vật chất tối. Có một giả thuyết nói về sự tồn tại của một "Thung lũng ẩn", là một thế giới song song do vật chất tối tạo nên, có rất ít điểm chung với những vật chất thống thường mà con người biết tới.
Nếu có thể chứng minh một trong các giả thuyết này là chính xác, con người sẽ hiểu sâu hơn về thành phần làm nên vũ trụ, cụ thể về cách mà vũ trụ gắn kết với nhau mà không phân tách ra.
