Ngay cả khi COVID-19 hoành hành tại nước Ý, khiến hơn 200 nghìn người nhiễn và hơn 30 nghìn người tử vong, thì những nghiên cứu về neutrino và phản vật chất của các nhà khoa học tại phòng nghiên cứu dưới lòng đất CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) vẫn tiếp tục từ tháng 5/2017 tới nay, không hề dừng lại. Như chính cái tên của phòng thí nghiệm này, một phần của những nghiên cứu liên quan đến nhiệt độ cực thấp, tốn rất nhiều thời gian và năng lượng để đạt được, và vì thế, ngay cả khi mọi người phải làm việc ở nhà, thì các nhà khoa học vẫn có mặt ở CUORE để làm việc. Cũng chính tại đây, kỷ lục của vật chất mang nhiệt độ thấp nhất đã được tạo ra, một tấm đồng có nhiệt độ chỉ ở mức 6 milikelvin, tức là âm 273,11 độ C:
“Rare events” ở đây về cơ bản ám chỉ hiện tượng NDBD – phân rã beta kép không tạo ra neutrino. Trong phản ứng lý thuyết được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1939 nhưng vẫn chưa được các nhà khoa học tái tạo trong điều kiện phòng thí nghiệm này, một hạt nhân nguyên tử sẽ giải phóng 2 electron, nhưng thay vì tạo ra 2 neutrino như trong sách vật lý, thì phản ứng NDBD không tạo ra hạt neutrino nào cả. Vì hiện tượng này vi phạm sự cân bằng giữa các hạt và phản hạt, các nhà nghiên cứu tin rằng đó có thể là một cách để giải thích vì sao vật chất “chiến thắng” phản vật chất trong vũ trụ, theo cách nói của CUORE.
Nhân tiện, cũng trong lúc nghiên cứu hiện tượng NDBD, các nhà khoa học ở CUORE cũng nghiên cứu luôn phản vật chất, bao gồm việc tìm kiếm WIMP – các hạt lớn tương tác yếu, bằng cách theo dõi những phản ứng vật lý trong quá trình NDBD diễn ra ở mức năng lượng thấp.
Như đã đề cập, giữa lúc lệnh giãn cách xã hội được Italy triển khai, các nhà khoa học ở CUORE vẫn đi làm. Khoa học gia Laura Marini đã từng bị cảnh sát Ý chặn hỏi khi đi làm, và “phải điền giấy khai báo tại sao phải đi xuống lòng đất, vì sao điều đó lại quan trọng, chứ không phải lái xe vòng vòng trong thành phố.”
Vậy tại sao các phòng thí nghiệm vật lý lý thuyết, nhất là vật lý hạt nhân lại được xây dựng dưới lòng đất? Để ngăn chặn tác động của bức xạ vũ trụ, y hệt như cách các nhà khoa học nghiên cứu những đường hầm tạo ra bởi nham thạch dưới lòng sao Hỏa để tìm chỗ ở cho các phi hành gia trong tương lai. Bầu khí quyển trái đất có thể chặn “99,9% bức xạ vũ trụ”. Nhưng những nghiên cứu liên quan tới sự tồn tại của phản vật chất khó đạt được tới mức chỉ 0,1% bức xạ vũ trụ lọt qua khí quyển cũng có thể phá hỏng kết quả nghiên cứu.
Nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới được đặt ở vị trí thấp hơn mặt đất tới 2,4km, thường nhờ vào những đường hầm đã có sẵn của các thợ mỏ, và các nhà khoa học cũng phải đi thang máy hơn 2 cây số xuống lòng đất để đến chỗ làm. Phòng thí nghiệm CUORE là một trường hợp đặc biệt. Nó thuộc LNGS – Phòng thí nghiệm quốc gia Gran Sasso, và là khu thí nghiệm dưới lòng đất lớn nhất thế giới, xây dựng phía dưới cả một rặng núi đá. Thay vì phải mở phòng thí nghiệm sâu 2,4km, phía trên là đất và đá gốc, thì CUORE chỉ phải xây dựng ở độ sâu 1,4km, nhưng phía trên toàn là nền đá cứng. Theo giải thích của LNGS, rặng núi ở Italy này “là lá chắn tự nhiên khiến tác động của bức xạ vũ trụ giảm 1 triệu lần, thêm nữa, mật độ luồng neutron tại đây thấp hơn trên mặt đất hàng nghìn lần nhờ vào lượng uranium và thorium trong đá vôi của rặng núi ở mức rất thấp.”
Mặc dù vẫn phải đến phòng thí nghiệm để làm việc, nhưng bản thân những lãnh đạo của phòng thí nghiệm này cũng đang sống và làm việc ở nhiều múi giờ khác nhau. Họ có thể theo dõi những thay đổi trong khu thí nghiệm, và hệ thống cảm biến và cảnh báo sẽ thông báo cho những nhà khoa học đang có mặt ở đây.
“Rare events” ở đây về cơ bản ám chỉ hiện tượng NDBD – phân rã beta kép không tạo ra neutrino. Trong phản ứng lý thuyết được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1939 nhưng vẫn chưa được các nhà khoa học tái tạo trong điều kiện phòng thí nghiệm này, một hạt nhân nguyên tử sẽ giải phóng 2 electron, nhưng thay vì tạo ra 2 neutrino như trong sách vật lý, thì phản ứng NDBD không tạo ra hạt neutrino nào cả. Vì hiện tượng này vi phạm sự cân bằng giữa các hạt và phản hạt, các nhà nghiên cứu tin rằng đó có thể là một cách để giải thích vì sao vật chất “chiến thắng” phản vật chất trong vũ trụ, theo cách nói của CUORE.
Nhân tiện, cũng trong lúc nghiên cứu hiện tượng NDBD, các nhà khoa học ở CUORE cũng nghiên cứu luôn phản vật chất, bao gồm việc tìm kiếm WIMP – các hạt lớn tương tác yếu, bằng cách theo dõi những phản ứng vật lý trong quá trình NDBD diễn ra ở mức năng lượng thấp.
Như đã đề cập, giữa lúc lệnh giãn cách xã hội được Italy triển khai, các nhà khoa học ở CUORE vẫn đi làm. Khoa học gia Laura Marini đã từng bị cảnh sát Ý chặn hỏi khi đi làm, và “phải điền giấy khai báo tại sao phải đi xuống lòng đất, vì sao điều đó lại quan trọng, chứ không phải lái xe vòng vòng trong thành phố.”
Vậy tại sao các phòng thí nghiệm vật lý lý thuyết, nhất là vật lý hạt nhân lại được xây dựng dưới lòng đất? Để ngăn chặn tác động của bức xạ vũ trụ, y hệt như cách các nhà khoa học nghiên cứu những đường hầm tạo ra bởi nham thạch dưới lòng sao Hỏa để tìm chỗ ở cho các phi hành gia trong tương lai. Bầu khí quyển trái đất có thể chặn “99,9% bức xạ vũ trụ”. Nhưng những nghiên cứu liên quan tới sự tồn tại của phản vật chất khó đạt được tới mức chỉ 0,1% bức xạ vũ trụ lọt qua khí quyển cũng có thể phá hỏng kết quả nghiên cứu.
Nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới được đặt ở vị trí thấp hơn mặt đất tới 2,4km, thường nhờ vào những đường hầm đã có sẵn của các thợ mỏ, và các nhà khoa học cũng phải đi thang máy hơn 2 cây số xuống lòng đất để đến chỗ làm. Phòng thí nghiệm CUORE là một trường hợp đặc biệt. Nó thuộc LNGS – Phòng thí nghiệm quốc gia Gran Sasso, và là khu thí nghiệm dưới lòng đất lớn nhất thế giới, xây dựng phía dưới cả một rặng núi đá. Thay vì phải mở phòng thí nghiệm sâu 2,4km, phía trên là đất và đá gốc, thì CUORE chỉ phải xây dựng ở độ sâu 1,4km, nhưng phía trên toàn là nền đá cứng. Theo giải thích của LNGS, rặng núi ở Italy này “là lá chắn tự nhiên khiến tác động của bức xạ vũ trụ giảm 1 triệu lần, thêm nữa, mật độ luồng neutron tại đây thấp hơn trên mặt đất hàng nghìn lần nhờ vào lượng uranium và thorium trong đá vôi của rặng núi ở mức rất thấp.”
Mặc dù vẫn phải đến phòng thí nghiệm để làm việc, nhưng bản thân những lãnh đạo của phòng thí nghiệm này cũng đang sống và làm việc ở nhiều múi giờ khác nhau. Họ có thể theo dõi những thay đổi trong khu thí nghiệm, và hệ thống cảm biến và cảnh báo sẽ thông báo cho những nhà khoa học đang có mặt ở đây.
Theo Popular Mechanics
