Thiết bị phá vỡ nguyên tử lớn nhất thế giới lập kỷ lục phát năng lượng

Các hạt proton va chạm ở mức năng lượng 13 tera-electronvolts tạo ra một cơn mưa hạt xuyên qua máy dò CMS đặt bên trong LHC.

Máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới đã thực sự tái khởi động: các chùm proton chuyển động trong đường hầm hình vòng tròn khổng lồ với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng và khi va chạm đã giải phóng ra nguồn năng lượng đạt mức kỷ lục.

Hình ảnh về bụi phóng xạ phát ra từ những va chạm hạt mạnh tại Máy gia tốc hạt lớn (Large Hadron Collider - LHC) có độ dài 17 dặm (27 km) đã được Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) công bố. Máy gia tốc hạt được xây ngầm dưới lòng đất gần Geneva, Thụy Sĩ đã khởi động lại từ tháng Tư sau hai năm ngừng hoạt động để sửa chữa và nâng cấp.

Trong thời gian chạy thử nghiệm, các chùm proton đã được tăng tốc lên mức năng lượng 13 tera-electronvolts (TeV), cao hơn gấp đôi so với mức năng lượng đạt được trước đây của máy LHC.

Các nhà vật lý đã sử dụng những va chạm thử nghiệm này để thiết lập hệ thống chuẩn tia (collimators) nhằm bảo vệ các thanh nam châm và thiết bị dò của LHC tránh sự va đập của các hạt phân tán. Theo các nhà nghiên cứu cho biết, khi có từ 100 tỷ đến 1.000 tỷ proton chuyển động tăng tốc trong đường hầm hình vòng tròn, sẽ không tránh khỏi một số hạt có thể không đạt đúng chuẩn, có năng lượng hơi khác so với các hạt khác. Nếu chúng không có năng lượng phù hợp, chúng bay chệch ra ngoài chùm hạt chính và chuyển động theo một đường tròn lớn hơn một chút. Khi điều này xảy ra, các hạt proton lệch chuẩn có thể va vào thiết bị bên trong LHC.

Để thu giữ những hạt proton không đúng chuẩn này, các nhà vật lý phải dựa vào các hệ thống chuẩn tia collimators, thực chất là những khối kim loại. Trong thời gian thử nghiệm, các nhóm nghiên cứu đã tìm ra nơi thích hợp để đặt các collimators nhằm thu giữ các proton phân tán để bảo vệ thiết bị máy. Việc chạy thử nghiệm đã thành công, khoảng 9.600 khối nam châm dùng để di chuyển proton trong một đường hình vòng tròn đã hoạt động đúng quy trình.

LHC được dự kiến bắt đầu hoạt động ở mức năng lượng 13 TeV vào đầu tháng sáu. Vào thời điểm đó, các thử nghiệm khác nhau, chẳng hạn như ALICE, ATLAS và CMS, có thể bắt đầu sản sinh dữ liệu. Chú trọng nghiên cứu hiện tại của LHC là hạt boson Higgs, một hạt cơ bản trong mô hình chuẩn của vật lý hạt, sự tồn tại của nó giải thích cách thức các hạt cơ bản khác có khối lượng như thế nào và điều đó đã được phát hiện vào năm 2012 trong đường ngầm hình vòng tròn dưới đất.

Với mức năng lượng cao hơn, những va chạm có thể tạo ra các hạt lạ thậm chí còn có khối lượng nặng hơn mà đến nay chưa được phát hiện. Các nhà vật lý đang rất lạc quan với hy vọng rằng các va chạm hạt sẽ làm hé lộ những điều chưa biết về vũ trụ, từ các chiều dư (extra dimensions) của không thời gian đến các cặp hạt boson Higgs.

Việc khởi động lại của máy gia tốc hạt LHC lần này còn có thể cung cấp cho các nhà vật lý bằng chứng về siêu đối xứng, giả thiết cho rằng tất cả các hạt dưới nguyên tử đều có liên quan đến một hạt khác được gọi là siêu đối tác chia sẻ cùng khối lượng và số lượng tử nội tại cho đến nay vẫn chưa được phát hiện.