Các nhà khoa học ở Trung Quốc có kế hoạch chế tạo một máy va chạm hạt mới để kiểm tra Mô hình Chuẩn của vật lý hạt một cách chi tiết chưa từng có.
Theo các nhà khoa học tham gia dự án, các công nghệ trọng yếu thuộc Cơ sở Super Tau-Charm Facility (STCF) trị giá 4,5 tỷ nhân dân tệ (618 triệu USD) đang được phát triển và việc xây dựng chính thức có thể bắt đầu sau 3 năm nữa, SCMP thông tin.
Sau khi hoạt động, máy va chạm sẽ tạo ra một lượng lớn các hạt hạ nguyên tử được gọi là Tau lepton và Charm quark để giúp hiểu rõ hơn về cách chúng kết hợp với nhau để tạo thành các cấu trúc vật chất lớn hơn.
CERN, Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu, ở Thụy Sĩ, cho các hạt va chạm để nghiên cứu vật lý. Tương tự như vậy, Cơ sở Super Tau-Charm do Trung Quốc đề xuất xây dựng sẽ giúp hiểu được cách các hạt hạ nguyên tử kết hợp với nhau để tạo thành các cấu trúc vật chất lớn hơn. Ảnh: Shutterstock
Vùng Tau-Charm là một trong những vùng năng lượng quan trọng nhất trong nghiên cứu vật lý hạt do những đặc tính độc đáo, những chủ đề phong phú và tiềm năng khám phá khoa học to lớn.
Để duy trì vị trí tiên phong của Trung Quốc trong lĩnh vực nghiên cứu tau-charm, các nhà khoa học đề xuất xây dựng một máy va chạm electron-positron thế hệ mới - Cơ sở Super Tau-Charm (STCF), dựa trên Phòng thí nghiệm Bức xạ Synchrotron Quốc gia Hợp Phì.
Tham vọng "bá chủ"
Việc xây dựng STCF đặt ra thách thức lớn đối với các công nghệ máy gia tốc và máy dò hiện có ở Trung Quốc, nhưng lại rất quan trọng về mặt khoa học và chiến lược không chỉ đối với nghiên cứu khoa học cơ bản mà còn đối với việc phát triển công nghệ mới và trau dồi chuyên môn toàn diện.
"STCF sẽ cho phép Trung Quốc dẫn đầu thế giới về vật lý Tau-Charm và các công nghệ liên quan trong nhiều thập kỷ tới" - Nhà khoa học trưởng dự án Zhao Zhengguo, thuộc Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, cho biết.
"Nó cũng sẽ giải quyết các câu hỏi khoa học tiên tiến như bản chất của tương tác mạnh và tại sao vũ trụ bị chi phối bởi vật chất thay vì phản vật chất" - Zhao Zhengguo nói với China Science Daily.
Dự án xây dựng STCF cũng có thể phải đối mặt với sự cạnh tranh từ một dự án 'đối thủ' trong nước đầy tham vọng hơn được gọi là Máy Va chạm Electron Positron Tròn, đây sẽ là nhà máy Higgs thế hệ tiếp theo do Trung Quốc dẫn đầu với vòng va chạm dài 100 km.
Giống như Máy va chạm Electron Positron Bắc Kinh (BEPC), hoạt động từ năm 1990, Super Tau-Charm Facility hoạt động bằng cách đầu tiên gia tốc các electron và phản hạt của chúng, gọi là positron, đến gần tốc độ ánh sáng, sau đó đập chúng vào nhau để tạo ra nhiều loại hạt hạ nguyên tử.
Ảnh: SCMP
Quỹ đạo, năng lượng và điện tích của các hạt hạ nguyên tử được ghi lại bằng máy quang phổ để giúp các nhà khoa học tái tạo lại các quá trình phản ứng.
Trong những năm qua, Máy va chạm Electron Positron Bắc Kinh đã cho phép các nhà khoa học trên khắp thế giới thực hiện những khám phá quan trọng, bao gồm phép đo chính xác đầu tiên về khối lượng của hạt tàu vào những năm 1990.
Gần đây hơn, nó được sử dụng để nghiên cứu các hạt dường như chứa bốn quark trở lên, thường có hai hoặc ba quark theo Mô hình Chuẩn, đây là lý thuyết tốt nhất hiện nay để mô tả các khối xây dựng cơ bản của vũ trụ.
Tuy nhiên, ông Zhao Zhengguo cho biết vị trí của Máy va chạm Electron Positron Bắc Kinh (BEPC) ở thủ đô của Trung Quốc đã hạn chế tiềm năng mở rộng đáng kể của nó tới độ chính xác cấp độ tiếp theo và Cơ sở Super Tau-Charm Facility – được xây dựng ở miền nam Trung Quốc - được đề xuất như một phần mở rộng tự nhiên của BEPC.
Theo một báo cáo thiết kế ý tưởng được công bố vào tháng 3/2023, so với cơ sở Tau-Charm hiện có ở Bắc Kinh, STCF sẽ có thiết kế tương tự nhưng sẽ có quy mô lớn hơn gấp đôi.
Báo cáo được đồng tác giả bởi các nhà khoa học từ Trung Quốc, Mỹ, Nga, Hàn Quốc và một số nước châu Âu cho biết, máy gia tốc tuyến tính của nó sẽ dài 400 mét và hai vòng lưu trữ electron và positron, mỗi vòng sẽ có chu vi khoảng 800m.
Theo nhóm nghiên cứu quốc tế, Cơ sở Super Tau-Charm Facility sẽ tăng tỷ lệ va chạm lên tới 100 lần, nghĩa là chỉ trong ba ngày, nó sẽ thu thập lượng dữ liệu mà BEPC phải mất cả năm mới thu thập được.
Họ cho biết, máy va chạm mới cũng sẽ mở ra một vùng năng lượng mới chưa từng được nghiên cứu trực tiếp trước đây, mở ra cánh cửa tới những biên giới chưa được khám phá và thậm chí cả nền vật lý mới ngoài mô hình chuẩn.
Sau khi hoàn thành, máy va chạm sẽ tạo ra một lượng lớn các hạt hạ nguyên tử được gọi là Tau lepton và Charm quark để giúp hiểu rõ hơn về cách chúng kết hợp với nhau để tạo thành các cấu trúc vật chất lớn hơn. Ảnh minh họa: Internet
Để đạt được các va chạm được kiểm soát tốt bên trong STCF, Zhao Zhengguo và nhóm của ông đã phát triển các công nghệ chủ chốt như nguồn electron và positron công suất cao, nam châm siêu dẫn, máy dò có độ chính xác cao và thiết bị điện tử đọc tín hiệu cực nhanh/siêu yếu.
Họ hy vọng sẽ hoàn thành việc phát triển các công nghệ vào cuối năm 2025 và chế tạo máy va chạm trong giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ 15 (2026-2030).
Ông Zhao Zhengguo tiết lộ rằng nhóm đã nhận được 420 triệu nhân dân tệ từ chính quyền địa phương để đầu tư cho các công nghệ quan trọng. Các địa điểm tiềm năng để đặt STCF bao gồm Hợp Phì ở tỉnh An Huy, Thiệu Hưng ở tỉnh Chiết Giang và Trịnh Châu ở tỉnh Hà Nam.
Việc xây dựng STCF cuối cùng phải được Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia Trung Quốc phê duyệt.
Nguồn: SCMP
