Theo Nature, Nhật Bản là nơi triển vọng cho Máy Va chạm Thẳng Quốc tế (ILC), vì châu Âu và Mĩ nay không còn sức để đua tranh nữa. Các nhà khoa học và kĩ sư đang khảo sát những địa điểm tiềm năng trên quốc đảo mặt trời mọc cho cỗ máy va chạm trị giá 7 đến 8 tỉ USD, cỗ máy sẽ là anh em chân tay của Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) tại CERN. Trưởng ban hoạch định toàn cầu cho ILC, nhà vật lí Barry Barish, đã công bố những thiết kế hoàn thiện của cỗ máy tại một buổi lễ ở Tokyo hồi đầu tháng trước.
Hình minh họa tầng hầm ILC (Ảnh: Fermilab/Sandbox Studio)
Không giống như LHC nằm gần Geneva ở Thụy Sĩ, cỗ máy có dạng hình vòng, ILC sẽ có thiết kế thẳng và dài 31 km. Nó sẽ chứa 16.000 hộp cộng hưởng siêu dẫn có thể tăng tốc các hạt lên đến 500 giga electronvolt (GeV), cùng với khả năng tăng gấp đôi năng lượng đó sau một đợt nâng cấp tiếp theo. Quan trọng hơn, không giống như các proton của LHC (chúng tạo ra những mảnh vỡ không mong muốn), ILC sẽ cho electron va chạm với positron, mang đến cho các nhà khoa học cái nhìn rõ ràng hơn vào boson Higgs khi chúng va chạm.
Thiết kế tổng thể của Máy Va chạm Thẳng Quốc tế
Vì là máy va chạm thẳng, nên ILC sẽ không có khả năng cho các hạt va chạm với năng lượng ngang mức như tại LHC. Thiết kế hình tròn của LHC cho phép các hạt chạy trong máy gia tốc nhiều vòng. Nhưng, không giống như LHC, ILC sẽ có thể gia tốc các hạt nhẹ tốt hơn, ví dụ như các electron, chúng bị tiêu hao năng lượng qua sự phát bức xạ synchrotron khi bị gia tốc trong từ trường tròn.
Các hộp cộng hưởng 1,3 GHz SRF TESLA 9-cell do tập đoàn ACCEL ở Đức chế tạo cho ILC. (Ảnh: Fermilab Visual Media Services)
Nếu ILC được xây dựng ở Nhật Bản, thì nguy hiểm từ động đất và lũ lụt sẽ không cho phép xây dựng nó dưới lòng đất giống như LHC, đó là cái “khác hoàn toàn về mặt kĩ thuật với cái chúng ta đang thấy,” Barish nói. Cho dù Nhật Bản đề xuất xây dựng nó tại chỗ nào thì nó cũng phải được xây dựng trên mặt đất, và họ sẽ cần đào hầm vào trong núi để làm nơi chứa nó. Tuy nhiên, theo Barish, “cả hai địa điểm [đã đề xuất] đều là nơi tuyệt vời cho một cỗ máy gia tốc.”
Máy điều lạnh của ILC. (Ảnh: Fermilab Visual Media Services)
Việc xây dựng sẽ bắt đầu triển khai vào cuối thập niên này nếu như có thể đạt tới sự thống nhất trong vài năm sắp tới. Nhật Bản đã tỏ ra quan tâm với việc ủng hộ địa điểm xây dựng cho một dự án quốc tế quy mô lớn trước đây: hồi năm 2005 họ đã đăng kí địa điểm cho lò phản ứng nhiệt hạch ITER trị giá 17 tỉ USD, nhưng dự án đó đã mất vào tay nước Pháp.
Ảnh động minh họa trên máy tính của từ trường bên trong một bộ cộng hưởng máy gia tốc siêu dẫn được chọn cho ILC. (Ảnh: DESY Hamburg)
Dự án ILC đang nhận được sự ủng hộ chính trị mạnh ở Nhật Bản, và nguồn quỹ đầu tư cho sự tái thiết sau thảm họa động đất và sóng thần hồi năm 2011 có thể gây khó khăn đối với dự án, nhưng EU có khả năng sẽ đóng góp một chừng mực nào đó để đáp lại những đóng góp của Nhật Bản cho LHC.
Phản ứng mô phỏng của máy dò hạt máy gia tốc thẳng với sự hình thành hai boson Z, mỗi boson Z phân hủy thành một cặp vệt hạt. (Ảnh: Norman Graf)
Hình minh họa máy dò hạt cho máy gia tốc thẳng ILC. (Ảnh: KEK)
Nguồn: Linear Collider/Nature
