Mỹ Bơm 15.000 Tấn Argon Lỏng Xuống Mỏ Vàng Sâu Để 'Bắt' Hạt Neutrino
Trong một nỗ lực khoa học đầy tham vọng, các nhà nghiên cứu Mỹ đã bơm 15.000 tấn argon lỏng xuống một mỏ vàng cũ ở độ sâu hàng nghìn mét tại bang South Dakota. Dự án này, mang tên DUNE, nhằm mục tiêu nghiên cứu hạt neutrino – những hạt cơ bản gần như vô hình xuyên qua Trái Đất mỗi giây. Các chuyên gia thừa nhận đây là thách thức hậu cần lớn chưa từng có, với việc vận chuyển và lắp đặt thiết bị khổng lồ dưới lòng đất.
Thí Nghiệm Vật Lý Hạt Quy Mô Quốc Tế
DUNE là thí nghiệm vật lý hạt quy mô quốc tế, tập trung vào việc dò tìm neutrino để giải mã các bí ẩn vũ trụ. Thay vì hướng lên không gian xa xôi, các nhà khoa học tìm câu trả lời ngay dưới bề mặt Trái Đất. Mỏ vàng cũ ở South Dakota, từng ồn ào với hoạt động khai thác, nay trở thành Cơ sở Nghiên cứu Dưới lòng đất Sanford, nơi đặt các mô-đun dò tìm DUNE. Mọi thiết bị phải được vận chuyển xuống qua đường hầm Ross hẹp, tạo ra bài toán hậu cần phức tạp.
Vai Trò Của Argon Lỏng Trong Việc Dò Tìm Neutrino
Argon, một khí trơ trong không khí, khi được làm lạnh đến âm 186 độ C sẽ chuyển thành chất lỏng trong suốt. Ở trạng thái này, argon có khả năng ghi nhận tín hiệu cực nhỏ khi neutrino đi xuyên qua, nhờ các cảm biến tinh vi. Để tăng cơ hội phát hiện, lượng argon cần dùng lên tới hơn 15.000 tấn – một con số khổng lồ đặt ra thách thức về lưu trữ và duy trì nhiệt độ siêu lạnh lâu dài.
Cryostat Khổng Lồ Và Thách Thức Hậu Cần
Để chứa argon lỏng, các nhà khoa học sử dụng cryostat – bồn chứa khổng lồ có kích thước tương đương vài bể bơi Olympic. Những cryostat này không phải bồn thép thông thường; chúng phải chịu áp lực từ argon lỏng đặc hơn nước và thích nghi với biến động nhiệt độ khắc nghiệt. Bên trong, các tấm thép không gỉ được thiết kế dạng gợn sóng để co giãn mà không nứt vỡ.
Lluís Miralles Verge, trưởng nhóm dự án hệ thống làm lạnh tại CERN, chia sẻ: "Đây là lần đầu tiên chúng tôi thực hiện một dự án lớn như thế này. Các thiết bị DUNE được lắp đặt trong hang động chỉ tiếp cận qua đường hầm sâu, đòi hỏi kế hoạch thiết kế và hậu cần chi tiết." Do không gian hạn chế, từng bộ phận cryostat phải đưa xuống qua trục mỏ hẹp và lắp ráp tại chỗ, với hàng nghìn chi tiết từ lớp cách nhiệt đến hệ thống làm lạnh.
Hợp Tác Quốc Tế Và Mục Tiêu Khoa Học
DUNE không phải nỗ lực đơn lẻ của Mỹ; nhiều tổ chức toàn cầu tham gia, trong đó châu Âu đóng vai trò quan trọng trong thiết kế cryostat dựa trên công nghệ vận chuyển khí tự nhiên hóa lỏng. Các phiên bản thử nghiệm đã được kiểm chứng ở châu Âu trước khi lắp đặt tại mỏ vàng. Mục tiêu cuối cùng là khám phá neutrino để giải thích sự tồn tại của vũ trụ, sự chiếm ưu thế của vật chất so với phản vật chất, và các quy luật vật lý sâu xa.
Dự án này minh chứng cho sự sáng tạo trong khoa học, biến không gian công nghiệp cũ thành phòng thí nghiệm tiên tiến, mở ra những hiểu biết mới về nguồn gốc vũ trụ.
