Đài thiên văn neutrino IceCube sắp hoàn thành

Tháng 12 tới, IceCube – đài thiên văn neutrino quy mô km đầu tiên của thế giới, đặt bên dưới lớp băng Nam Cực – cuối cùng sẽ hoàn tất sau hai thập niên lên kế hoạch và triển khai xây dựng.

Tín hiệu thu từ các bộ cảm biến được truyền bằng dây cáp đến tòa nhà IceCube chứa rất nhiều máy tính để tái dựng lại trực tiếp chừng 2000 vết muon trong mỗi giây. Ảnh: J. Haugen

“Hầu như một thế kỉ đã trôi qua sau khi khám phá ra chúng, chúng ta chẳng biết những hạt năng lượng cao nhất đi đến Trái đất này phát sinh từ đâu và làm thế nào chúng có được năng lượng không thể tin nổi như thế”, theo Halzen, một giáo sư vật lí tại trường Đại học Wisconsin ở Madison.

Sau ánh sáng, neutrino, hạt sinh ra trong sự phân hủy của các hạt phóng xạ, những hạt dồi dào nhất trong vũ trụ. Các neutrino năng lượng cao sinh ra trong những sự kiện dữ dội nhất của vũ trụ, như các vụ nổ sao và vụ nổ tia gamma. Vì neutrino không có điện tích, về cơ bản không có khối lượng, và chỉ tương tác yếu ớt với vật chất, nên hàng nghìn tỉ neutrino đi qua cơ thể của chúng ta mỗi ngày, mà không để lại hiệu ứng gì. Vào những dịp cực kì hiếm hoi, một neutrino sẽ chạm trúng hạt nhân của một nguyên tử, tạo ra một hạt, gọi là muon, và ánh sáng màu lam có thể phát hiện ra với các bộ cảm biến quang học. Vấn đề là theo dõi những va chạm đó – và, đặc biệt, va chạm của các neutrino năng lượng cao. IceCube thực hiện nhiệm vụ này nhờ kích cỡ và “đức hạnh trong trắng” của nó.

Các nhà khoa học IceCube triển khai một nguồn sáng định cỡ, gọi là Nến Chuẩn, tại một trong những lỗ khoan sâu 2,5 km. Mỗi một trong số 86 lỗ khoan chứa một dây trong số 60 Module Quang Kĩ thuật số (DOM) dò tìm ánh sáng màu lam từ các sự kiện neutrino ở sâu trong lõi băng tinh khiết. Ảnh: J. Haugen

Với mỗi cạnh 1 km – cùng 5160 bộ cảm biến quang chiếm giữ một tỉ tấn băng – đài thiên văn IceCube có bậc độ lớn to hơn bất kì máy dò neutrino nào khác; máy dò SuperKamiokande ở Nhật Bản, chẳng hạn, mỗi cạnh chỉ có 40 m.

“IceCube được tối ưu hóa hoàn toàn về kích thước để nhạy với những luồng neutrino rất nhỏ có thể tiết lộ nguồn gốc của các tia vũ trụ và bản chất hạt của vật chất tối”, Halzen nói.

Nguồn: IOP, PhysOrg.com