Diễn đàn cơ điện tử

Các nhà vật lí tại phòng thí nghiệm vật lí hạt châu Âu CERN đang có kế hoạch xây dựng một máy va chạm thẳng dài 31 km để bổ sung cho Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) và giúp họ giải thích các bí ẩn của vũ trụ.

Ảnh minh họa các đường hầm ILC. (Ảnh: Fermilab/Sandbox Studio)

Máy va chạm nguyên tử vòng 27 km của CERN, LHC, chỉ mới hoạt động trọn vẹn hồi tháng 3 năm nay, nhưng các nhà khoa học đã lên kế hoạch xây dựng một Máy Va chạm Thẳng Quốc tế (ILC) mới, với chi phí 6,7 tỉ USD, vào năm 2012 để cho lao các electron và positron vào nhau. Cỗ máy va chạm electron thẳng duy nhất như thế là Máy gia tốc Thẳng Stanford dài 3,2 km xây dựng hồi năm 1962 ở California, Hoa Kì.

Đường hầm trên sẽ sử dụng các nam châm siêu dẫn để gia tốc các electron cùng những tương đương phản vật chất của chúng, positron, về phía nhau ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Việc xây dựng được trông đợi mất khoảng 7 năm. Giám đốc châu Âu của dự án ILC, giáo sư Brian Foster, cho biết cỗ máy va chạm thẳng trên sẽ cho phép các nhà vật lí khảo sát chi tiết hơn các kết quả tìm kiếm của LHC.

Người ta hi vọng ILC sẽ hoạt động cùng với LHC, cho lao các proton vào nhau. Foster mô tả các va chạm proton đó là thô, và ông ví von nó giống như việc cho hai quả cam lao vào nhau ở tốc độ 45 dặm/giờ và hi vọng hai hạt cam sẽ va chạm trực diện với nhau. Trong proton, “các hạt cam” là các quark cấu tạo nên proton, và thường thì chỉ duy nhất một quark từ mỗi proton va chạm sẽ có hướng lao trực diện. Foster nói LHC tìm kiếm mọi thứ có vẻ suôn sẻ, nhưng nó chỉ cho các nhà vật lí biết thông tin về lượng năng lượng cực đại mà một va chạm có thể có, chứ cho họ biết rất ít về sự phân bố năng lượng đó giữa các quark.

ILC sẽ cho mang lại cho các nhà khoa học thông tin chính xác hơn về tiền tuyến năng lượng cao vì nó sẽ cho lao các electron vào nhau, electron vốn nhẹ hơn proton đến 2000 lần và được xem là không có cấu trúc bên trong. Khi hai electron va chạm nhau, năng lượng giải phóng ra đã được người ta biết chính xác. Các electron không thể nào va chạm nhau một cách hiệu quả bên trong LHC vì đường hầm LHC có dạng vòng, và khi các electron bị bẻ cong bởi từ trường thì chúng phát ra tia X giống như các hạt khác. Các electron lại quá nhỏ bên phần lớn năng lượng đưa vào một electron sẽ chỉ đủ bù cho sự tổn thất dưới dạng tia X.

Máy Va chạm Thẳng Quốc tế ILC.

Một số câu hỏi mà ILC và LHC đang cố gắng đi tìm câu trả lời là vũ trụ có bao nhiêu chiều, tại sao lại có quá nhiều hạt hạ nguyên tử, cái gì xảy ra với phản vật chất mà lí thuyết Big Bang đã tiên đoán, và hạt Higgs (cái gọi là hạt ‘thần thánh’) trông như thế nào? Lí thuyết vũ trụ được biết tới nhiều nhất hiện nay tiên đoán sự tồn tại của một hạt Higgs mang lại cho vật chất khối lượng của nó. Nếu được phát hiện ra, thì nó có thể đặt nền tảng cho một sự thống nhất của các lí thuyết lượng tử và thuyết tương đối tổng quát.

Địa điểm xây dựng ILC chưa được thống nhất, nhưng có lẽ đâu đó gần tổng hành dinh CERN ở Geneva vì đa số các nhà vật lí muốn sử dụng nó là ở đó. Khoảng 700 nhà khoa học ở 300 trường đại học và phòng thí nghiệm đang làm việc trong dự án trên. Chiều dài cuối cùng của cỗ máy vẫn chưa có sự nhất trí.

Tại Hội nghị quốc tế về Vật lí Năng lượng cao (ICHEP) ở Paris trong tuần này, các nhà khoa học sẽ dành một phần thời gian để thảo luận về ILC và các máy va chạm thế hệ tiếp theo.

Thông tin thêm về ILC - http://www.linearcollider.org/

(thuvienvatly)