Tái tạo thành công Big Bang

Ngày 8.11.2010 đã đi vào lịch sử khoa học khi lần đầu tiên con người tạo được một vụ nổ “Big Bang” thu nhỏ trong phòng thí nghiệm, mở ra kỷ nguyên mới trong lĩnh vực nghiên cứu vật lý hạt. Theo thông cáo báo chí của Trung tâm Nghiên cứu hạt nhân châu u (CERN), những vụ va chạm chính thức được khởi động vào lúc 10 giờ 20 ngày thứ hai (giờ địa phương), khi các chuyên gia phóng các ion chì (nguyên tử chì bị tước mất các electron) vào đường hầm dài 27 km tại biên giới Pháp - Thụy Sĩ, nơi đặt cỗ máy gia tốc hạt khổng lồ LHC.

Khi di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, chính xác là 0,999 lần vận tốc ánh sáng, các ion chì bị cưỡng bức va đập vào nhau bên trong cỗ máy ALICE (viết tắt từ A Large Ion Collider Experiment - thí nghiệm va đập ion lớn). Sự va chạm khủng khiếp đã sản sinh ra quả cầu lửa ở nhiệt độ khoảng 10 nghìn tỉ độ C, nóng gấp 1 triệu lần so với lõi mặt trời, và có tỷ trọng tương tự như một ngôi sao neutron. Để dễ hình dung, tình huống khi đó tương tự như việc một kim tự tháp khổng lồ của Ai Cập bị nén lại chỉ bằng kích thước của đầu đinh ghim. Và những gì xảy ra bên trong ALICE được cho là tương tự thời điểm cách sự kiện Big Bang vào khoảng một phần triệu giây, lúc các proton và neutron thậm chí không thể tồn tại nguyên dạng được.

Sự va chạm khủng khiếp đã sản sinh ra quả cầu lửa ở nhiệt độ khoảng 10 nghìn tỉ độ C, nóng gấp 1 triệu lần so với lõi mặt trời, và có tỷ trọng tương tự như một ngôi sao neutron

Tiến sĩ David Evans, một thành viên của Anh đến từ Đại học Birmingham, xúc động nói: “Chúng tôi vô cùng phấn khích trước thành tựu không tiền khoáng hậu này. Những vụ va đập đã tạo nên các vụ nổ Big Bang nhỏ cùng với điều kiện nhiệt độ và tỷ trọng cao nhất từng đạt được trong một cuộc thí nghiệm trên trái đất”. Tại mức nhiệt độ và năng lượng như vậy, nhân của nguyên tử tan chảy và trộn vào nhau, tạo ra một hỗn hợp các hạt cơ bản là quark và gluon. Trong trạng thái được gọi là các hạt quark-gluon ở thể plasma, vốn được cho là tồn tại ngay sau Big Bang. Tờ Telegraph dẫn lời giải thích của tiến sĩ Evans cho hay bằng việc nghiên cứu thể plasma trên, các nhà vật lý hy vọng sẽ tìm hiểu sâu hơn về cái gọi là lực tương tác mạnh, một trong 4 lực cơ bản của tự nhiên. Nhờ có lực tương tác mạnh, các nhân nguyên tử mới có thể gắn kết với nhau và lực này chịu “trách nhiệm” đến 98% khối lượng của nguyên tử.

Những con số khó tưởng tượng 

Cỗ máy tạo ra Big Bang LHC là máy gia tốc hạt hiện đại nhất và mạnh nhất trên thế giới, nằm trong đường hầm vòng tròn với chu vi 27 km. Với kinh phí xây dựng khoảng 10 tỉ USD, LHC được thiết kế để tạo ra các vụ va chạm trực diện giữa các chùm hạt cơ bản trong điều kiện động năng cực lớn. Khoảng 1.000 nam châm khổng lồ có nhiệm vụ dẫn hướng hạt proton di chuyển với tốc độ 11.000 vòng/giây, gần bằng tốc độ ánh sáng. LHC được tạo ra để nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý cơ bản, đặc biệt là để tái tạo ra những điều kiện trong khoảnh khắc đầu tiên sau khi vũ trụ ra đời sau sự kiện Big Bang.

Để làm được điều kỳ diệu trên, những máy nam châm cực mạnh đã điều khiển các ion chì di chuyển với tốc độ cực nhanh dọc theo đường hầm nằm sâu dưới đất. Di chuyển từ những hướng ngược nhau, các hạt này được hội tụ thành một tia duy nhất và bị buộc phải va chạm nhau trong cỗ máy phân tích ALICE. ALICE cũng chỉ là một phần của “con quái vật” LHC (viết tắt từ Large Hadron Collider - máy gia tốc hạt lớn) được đặt sâu 100m trong lòng đất tại biên giới Pháp - Thụy Sĩ. Trong số 4 cỗ máy phân tích nằm trong đường hầm dài 27 km của CERN, ALICE cao 16m, rộng 26m và nặng khoảng 10.000 tấn. Thí nghiệm này tập hợp khoảng 1.000 nhà vật lý và kỹ sư từ 100 viện khoa học tại 30 nước. Trong suốt các cuộc va đập ion chì, ALICE sẽ tải về dữ liệu ở tốc độ 1,2 GB/giây, sản sinh lượng thông tin tương đương hơn 3 triệu đĩa CD mỗi giây.

Thí nghiệm mang tính đột phá tại CERN được thực hiện thành công và an toàn sau 7 tháng thất bại. Tiến sĩ Evans khẳng định cuộc thí nghiệm diễn ra dưới sự kiểm soát chặt chẽ của các chuyên gia hàng đầu thế giới trong lĩnh vực vật lý hạt. Trước đó, một nhóm hoạt động xã hội tên là Heavy Ion Alert không ngừng cảnh báo các nhà khoa học tại CERN nên ngưng ngay những thí nghiệm mô phỏng sự kiện Big Bang để tránh tạo nên phản ứng dây chuyền thảm khốc có thể hủy diệt trái đất. Thậm chí, có người còn gây áp lực buộc chính phủ của họ rút khỏi dự án CERN, như trường hợp một phụ nữ Đức đệ đơn lên tòa liên bang yêu cầu nước này ngưng góp phần vào việc “hủy hoại” địa cầu, theo The Independent. Tuy nhiên Tòa Hiến pháp liên bang tại thành phố Karlsruhe, phía tây nước Đức đã bác đơn này với lý do không đủ chứng cứ.

Thụy Miên