Bí mật sứ mệnh tại "căn cứ" sâu 2.000 m dưới lòng đất

Xuống sâu lòng đất để giải mã bí ẩn của vũ trụ, bạn tin được không? 

Nếu như các nhà địa chất học Liên Xô vào năm 1970 đã thực hiện 1 dự án không tưởng nhằm khoan sâu xuống lòng đất để kiếm tìm các dạng sống đặc biệt và 1 "thế giới khác" ở trong lòng Trái Đất (đọc tại đây) thì nay, các nhà khoa học ở Ontario, Canada lại tiếp tục xuống lòng đất để thực hiện sứ mệnh giải mã một trong bí ẩn lớn nhất của vũ trụ.

Thứ quý hiếm mà họ tìm kiếm dưới này không phải vàng hay kim cương mà chính là vật chất tối (dark matter).

Tại sao họ phải xuống lòng đất để tìm kiếm vật chất tối? Và tại sao vật chất tối được xem là "chén thánh linh thiêng" của vật lý học?

Mời độc giả theo dõi trong bài viết sau.

Đầu tiên, bạn hãy hình dung "thứ vô cùng quý giá, khó tìm thấy và bí ẩn nhất trong vũ trụ" - vật chất tối, để hiểu hơn về sứ mệnh của các nhà khoa học tại Canada.

Vật chất tối là loại vật chất giả thuyết (có thành phần chưa hiểu được) trong vũ trụ được các nhà thiên văn học đưa ra nhằm giải thích (tạm thời) cho thành phần cấu tạo nên vũ trụ.

Nếu chỉ tính đến khối lượng, vật chất tối được cho là chiếm tới 84,5% vũ trụ. Mặc dù chiếm một con số khổng lồ như thế nhưng vì vật chất tối tương tác không mạnh với vật chất thường và không tuân theo bất cứ quy luật vật lý nào hiện có nên nó rất khó để "bắt được" và nghiên cứu.

Do đó, các nhà khoa học đã xây dựng phòng thí nghiệm dưới lòng đất có tên SNOLAB để thực hiện nhiệm vụ tìm hiểu bí ẩn của vũ trụ, tìm hiểu các loại hạt, sự tương tác giữa chúng để tìm câu trả lời cho câu hỏi: Tại sao con người ở đây, tồn tại ngay giữa vụ trụ này?

SNOLAB - Phòng thí nghiệm dưới lòng đất mang sứ mệnh vũ trụ

Được hoàn thành năm 2009, phòng thí nghiệm SNOLAB nằm ở độ sâu 2.000 mét, bên dưới mỏ nickel Vale's Creighton ở Sudbury, Canada.

Để xây dựng được phòng thí nghiệm siêu đặc biệt này, người ta đã mất 5 năm để đục đá rồi tiến hành xây với tổng chi phí lên tới... 65 triệu USD.

Sở dĩ, họ phải xây dựng phòng thí nghiệm sâu bên dưới lòng đất này là vì các nhà khoa học muốn tránh những tác động gây nhiễu trong quá trình thu tín hiệu của vật chất tối từ các hạt năng lượng cao và các tia từ vũ trụ.

Nếu máy dò chạy trên mặt đất thì các hạt nặng lượng và tia vũ trụ sẽ che và làm nhiễu những tín hiệu từ không gian. Do đó, họ phải lắp đặt máy dò dưới sâu 2km để tránh những tác động từ 5 đến 50 triệu lần nếu ở trên mặt đất.

Nói một cách dễ hiểu là họ muốn tìm một nơi thực sự "yên tĩnh" để "ở ẩn" để giúp cho quá trình thu vật chất tối dễ dàng hơn.

Tránh nhiễu từ vũ trụ là một chuyện, các nhà khoa học tại đây còn muốn tránh cả bụi trong phòng thí nghiệm của mình. Trước khi xuống đây làm việc, họ sẽ tắm 2 lần bằng nước và khí để "khử trùng". 

Nơi họ làm việc còn sạch hơn phòng mổ của bệnh viện. Sạch đến mức, chỉ có 6.700 hạt bụi/mét khối trong phòng thí nghiệm. Con số này hoàn toàn khập khiễng ở phía bên trên mặt đất, nơi có đến 39 triệu hạt bụi/mét khối.

SNOLAB vận hành thế nào?

Các nhà khoa học và thiên văn học tin rằng, một trong những chất cấu tạo nên vật chất tối là hạt hạ nguyên tử, còn gọi là hạt neutrino.

Để dễ hình dung, neutrino có thể được coi là họ hàng của các hạt electron, tuy nhiên, điểm khác biệt là chúng không mang điện tích.

Mặc dù di chuyển với tốc độ gần với tốc độ ánh sáng nhưng các hạt neutrino không phát ra hay phản chiếu đủ bức xạ điện từ để có thể quan sát được bằng kính thiên văn hay các thiết bị đo đạc hiện nay nên các nhà khoa học đã nghĩ ra sáng kiến cực hay.

Họ chế tạo một máy dò tìm neutrino có hình cầu khổng lồ. Quả cầu này chứa đến 700 tấn chất lỏng đặc biệt.

Loại chất lỏng này có thể phát sáng khi có 1 neutrino đi qua. Ngay sau khoảnh khắc neutrino đi qua và chất lỏng phát sáng, một máy dò ánh sáng cực nhạy được các nhà khoa học đặt trong quả cầu sẽ "bắt" ngay ánh sáng hiếm hoi đó.

Việc tiếp theo của các nhà khoa học là mô xẻ, nghiên cứu nó để tìm hiểu Nitrono từ đâu tới. Và tiếp tục giải bài toán tại sao con người chúng ta lại tồn tại được trên vũ trụ này.

Trong tương lai, để phỏng thí nghiệm "yên tĩnh" hơn, các nhà khoa học lên kế hoạch cho ngập nước căn phòng này để giảm tác động từ những tia vũ trụ cực mạnh có thể xuyên xuống mặt đất sâu hàng nghìn mét này.

Dự án dày công và dài hơi này mới chỉ là một trong những tham vọng khám phá bí ẩn lớn nhất trong vũ trụ.

Các nhà khoa học thế giới vẫn muốn tìm thêm các loại hạt bí ẩn khác vẫn đang tồn tại trong không gian rộng lớn kia.

Hi vọng, trong tương lai các nhà khoa học có thể định nghĩa được vật chất tối và tìm được những bí ẩn khổng lồ vẫn đang tồn tại trong vũ trụ ngày nay.

Theo Trí thức trẻ