Dự án khoa học chủ chốt đầu tiên ở Trung Quốc được xây dựng thông qua một chương trình hợp tác quốc tế chính cống đã bắt đầu hoạt động. Một khi hoàn tất vào năm tới, Thí nghiệm Neutrino Lò phản ứng Vịnh Daya – dự án hợp tác giữa 19 trường đại học Trung Quốc và 16 trường đại học Mĩ – sẽ bắt đầu tìm kiếm “góc hợp” neutrino cuối cùng chưa được xác định, gọi là θ13.
Neutrino khó phát hiện vì chúng tương tác yếu với vật chất. Chúng có ba “mùi” – electron, muon và tau – biến đổi hay “dao động” từ dạng này sang dạng khác khi chúng truyền trong không gian. Độ lớn dao động giữa những loại neutrino khác nhau được đặc trưng bởi ba “góc hợp” – gọi là known as θ12, θ23 và θ13 – với thí nghiệm Vịnh Daya được thiết kế để xác định θ13 bằng cách đo sự biến mất của các phản electron neutrino.
Bộ Năng lượng Mĩ đang tài trợ khoảng một nửa chi phí của cơ sở 68 triệu USD trên, với phía Trung Quốc chi một nửa còn lại, và toàn bộ chi phí kĩ thuật dân sự. Thí nghiệm Vịnh Daya phát hiện ra các phản electron neutrino sinh ra qua sự phân hủy beta hạt nhân tại hay lò phản ứng hạt nhân gần đó – nhà máy điện Vịnh Daya và Ling Ao, nằm cách Hong Kong khoảng 55km về phía đông bắc.
Cơ sở neutrino mới sẽ gồm bao phòng thí nghiệm chứa những máy dò neutrino giống hệt nhau, mỗi máy chứa 20 tấn chất lỏng phát quang pha tạp gadolinium. Khi một neutrino va chạm với chất lỏng trên sẽ tạo ra một lóe sáng sau đó phát hiện ra bởi một bể ống nhân quang vây xung quanh chất lỏng trên.
Phòng thí nghiệm thứ nhất, cách lò phản ứng Vịnh Daya chừng 300m, hiện đã hoàn tất, trong khi phòng thí nghiệm thứ hai – cách lò phản ứng Ling Ao 500m – sẽ hoàn thành trong vòng vài tháng tới. Cả hai trạm này, gọi là “máy dò gần”, đều nằm sâu 100m dưới lòng đất để giúp che chắn chúng trước những tia vũ trụ không mong muốn và mỗi trạm chứa hai máy dò để đặc trưng hóa chùm phản electron neutrino từ các lò phản ứng đi tới.
Một phòng thí nghiệm thứ ba, ở cách hai lò phản ứng khoảng 2km và nằm sâu 300m dưới lòng đất, sẽ sẵn sàng vào tháng 6 năm tới. Chứa bốn máy dò neutrino, nó sẽ đo chùm phản electron neutrino đi qua những máy dò gần hơn, sao cho mọi sự suy giảm độ lớn của tín hiệu sẽ là một dấu hiệu của sự dao động neutrino.
“Trong số thế hệ những thí nghiệm dao động neutrino lò phản ứng hiện nay đo góc θ13, thì Vịnh Daya có độ nhạy cao nhất”, phát biểu của đồng phát ngôn viên dự án Vịnh Daya, Kam-Biu Luk thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở California.
Thí nghiệm Neutrino Lò phản ứng Vịnh Daya sẽ tìm kiếm “góc hợp” neutrino cuối cùng chưa được xác định gọi là θ13. (Ảnh: Roy Kaltschmidt)
Đo sự biến mất
Sự khởi động của thí nghiệm Vịnh Daya tiếp bước sau hai thí nghiệm neutrino thành công khác. Thứ nhất, hồi đầu tháng 6, thí nghiệm MINOS ở Mĩ phát hiện ra tổng cộng 62 electron neutrino – nhiều hơn 13 sự kiện so với phông nền electron neutrino.
Tại T2K, cũng như những thí nghiệm tương tự đã lên kế hoạch như cơ sở NOvA đã và đang xây dựng tại Fermilab, xác suất “xuất hiện” electron neutrino phụ thuộc vào hai thông số chưa biết: θ13 và hệ số pha neutrino, δ, hệ số này là khác không nếu dao động neutrino vi phạm đối xứng điện tích-chẵn lẻ (CP). Tuy nhiên, Vịnh Daya thì mù trước hệ số pha neutrino vì xác suất biến mất của các phản electron neutrino chỉ phụ thuộc vào θ13, nghĩa là các nhà nghiên cứu có thể chỉ tập trung vào giá trị số của nó.
Yifang Wang, đồng phát ngôn viên của dự án Vịnh Daya và là một nhà vật lí tại Viện Vật lí Năng lượng Cao tại Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc ở Bắc Kinh, cho biết ba thí nghiệm trên sẽ bổ sung cho việc tìm kiếm hệ số pha neutrino. “Nếu Vịnh Daya, NOvA và T2K tìm thấy θ13 là khác không, thì pha CP có thể đo chung hoặc bị ràng buộc mạnh”, ông nói.
Những chương trình hợp tác mới
Vì Vịnh Daya là chương trình hợp tác khoa học chủ chốt Mĩ-Trung đầu tiên, nên Luk hi vọng cơ sở sẽ mang lại một nền tảng kiểm tra tốt cho nhiều chương trình hợp tác hơn nữa giữa hai quốc gia. “Vịnh Daya mang lại một cơ hội độc nhất vô nhị để kết nối lực lượng cùng xử lí một câu hỏi đang bùng phát trong ngành vật lí neutrino và, quan trọng hơn, là học cách làm việc chung với nhau”, Luk nói.
Nguồn: physicsworld.com
