Rainner Weiss, Barry Barish và Kip Thorne chia nhau giải thưởng cho đóng góp của họ ở LIGO.
DIVIDE CASTELVECCHI - Nature
Ba nhà vật lý dẫn đầu trong việc dò thấy sóng hấp dẫn lần đầu tiên đã chiến thắng giải Nobel vật lý năm 2017. Rainer Weiss của Viện công nghệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge, và Barry Barish và Kip Thorne của Viện công nghệ California (Caltech) ở Pasadena cùng chia nhau giải thưởng trị giá 9 triệu krona Thụy Điển (1,1 triệu đô la Mỹ) cho những đóng góp của họ ở Đài quan sát sóng hấp dẫn sử dụng giao thoa lade (LIGO-Laser Interferometer Gravitational Waves Observatory). Vào tháng Chín năm 2015, LIGO bắt được tín hiệu làm cong không-thời gian gây ra bởi vụ va chạm giữa các lỗ đen ở xa.
Trái: Bryce Vickmark/MIT. Giữa: Caltech. Phải: Caltech Alumni Assoc.
Phát hiện được công bố vào tháng Hai năm 2016 này đã mở ra một lãnh vực mới trong thiên văn học, ở đó các nhà khoa học nghe ngóng những rúng động của không-thời gian được phát ra từ những dư chấn trong Vũ trụ. Điều này cũng thừa nhận sự tồn tại của sóng hấp dẫn đã được Albert Einstein tiên đoán cả thế kỉ trước.
Weiss và Thorne là hai trong ba nhà vật lý được biết đến với tên gọi nhóm Troika - là những người tạo nên cặp máy dò tìm khổng lồ LIGO ở Livingston, Louisiana, và ở Hanford, Washington. Thành viên còn lại của Troika là Ronald Drever, đã mất vào ngày 7 tháng Ba năm nay. Barish là giám đốc LIGO từ năm 1997 đến 2005, được biết đến rộng rãi là người đã biến sự hỗn loạn ở đây thành một hệ thống hoạt động trơn tru.
"Tôi rất ghét phải nói với bạn rằng, đây không đơn giản là công việc của 1000 con người, mà là một sự nổ lực không biết mệt mỏi để mọi thứ đi đúng quỹ đạo trong thời gian dài đến 40 năm", theo như lời của Weiss đã nói trong cuộc phỏng vấn của Ủy ban trao giải Nobel. Ông nhận được một nửa giải thưởng, nửa còn lại chia đều cho Barish và Thorne.
Một mô hình máy tính mô phỏng sự va chạm của 2 lỗ đen, từ đó phát ra sóng hấp dẫn (Ảnh SXS Project)
CHUYỂN ĐỘNG KHÔNG BỊ CẢN TRỞ
Trước khám phá của LIGO, một số nhà vật lý ngờ vực về sự tồn tại của sóng hấp dẫn. Các nhiễu động của không-thời gian là hệ quả của thuyết tương đối rộng của Einstein, và hầu như không bị cản trở khi truyền trong Vũ trụ. Vào năm 1974, chúng được thừa nhận một cách gián tiếp khi các nhà nghiên cứu kiểm tra các tín hiệu sóng vô tuyến phát ra từ vụ sáp nhập của một cặp sao nơ-tron; sự dịch chuyển của thời gian truyền tín hiệu phù hợp với tiên đoán về việc sóng hấp dẫn mang năng lượng khi truyền đi xa. Khám phá này đã được trao giải Nobel vật lý năm 1993.
Nhưng việc dò tìm sóng hấp dẫn lại là một công việc phức tạp. Thậm chí những biến dạng (không-thời gian) mạnh mẽ nhất như sự co sụp của các ngôi sao hoặc sự va chạm giữa các lỗ đen cũng chỉ là những tín hiệu yếu ớt khi đến Trái đất. Sóng hấp dẫn thu được vào năm 2015 trong các ống chân không dài 4 km đặt vuông góc với nhau của LIGO, bị kéo dãn và nén lại một lượng nhỏ chỉ bằng một phần kích thước của proton, nhưng cũng đủ để gây ra sự dịch chuyển tính đồng bộ của các chùm tia lade truyền qua lại trong các ống.
Các nhà vật lý ở Mỹ và sau đó là Liên Xô đề xuất sử dụng tia lade để dò tìm sóng hấp dẫn lần đầu tiên vào thập niên 1960. Weiss thực hiện những tính toán bước đầu về cách thức hoạt động của một thiết bị giao thoa như thế vào năm 1972. Ý tưởng còn quá thô sơ đến nổi ông không chắc nó sẽ hoạt động. "Phải mất cả năm chúng tôi mới quyết định rằng nó chả có giá trị gì cả", ông nói với nhà xã hội học Harry Collins vào thời điểm đó (H. Collins Cái bóng của hấp dẫn, nhà xuất bản Đại học Chicago, 2014).
Weiss sinh ở Đức năm 1932, sau đó cùng với gia đình di cư sang Mỹ để thoát khỏi chế độ Đức quốc xã vào năm 1938. Ông xây dựng một giao thoa kế thử nghiệm lần đầu tiên vào giữa những năm 1970, theo sau những nhà nghiên cứu ở châu Âu và trong số này, có Drever và các đồng sự ở Đại học Glasgow, Anh quốc.
Thorne là chuyên gia về thuyết tương đối rộng và cũng đang phát triển các ý tưởng về sóng hấp dẫn. Tại một hội nghị tổ chức ở Washington DC năm 1975, ông và Weiss ở chung phòng khách sạn. Trong các cuộc trò chuyện, Weiss thuyết phục Thorne rằng giao thoa là hướng tiếp cận đúng. Thorne, Weiss và Drever bắt đầu hợp tác với nhau vào đầu thập nhiên 1980 vì Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ không hỗ trợ cho hai dự án độc lập và LIGO ra đời từ đây.
Nhóm troika không phải lúc nào cũng hoạt động trơn tru và bản thân các thành viên của nhóm thiếu các kỉ năng phù hợp để đẩy mạnh sự hợp tác trong nhóm. Mọi thứ được cải thiện rõ rệt khi Barish tham gia LIGO trong vai trò là nghiên cứu viên chính năm 1997 và trở thành giám đốc vào năm 1997. "Nếu Barish không thay đổi, dự án sẽ sụp đổ", Collins cho biết.
Ronald Drever là một trong những sáng lập đậu tiên của dự an LIGO, ông mất hồi tháng 3/2017
LIGO trở nên lớn dần và là thí nghiệm đắt đỏ nhất trong lịch sử đầu tư của Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ. Hai máy dò của nó được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào năm 2002, nó tìm kiếm những dấu hiệu dù là nhỏ nhất trong giai đoạn thu thập dữ liệu bước đầu. Hệ thống ngưng hoạt động vào năm 2010 để tiến hành sửa chữa và tái khởi động vào năm 2015 với độ nhạy tăng gấp 3 lần so với trước đây. Vũ trụ chiều lòng LIGO khi mang lại một dữ kiện tuyệt vời vào ngày 14 tháng Chín trong thời gian các giao thoa kế vẫn còn đang được hiệu chỉnh, vài ngày trước khi hoạt động khoa học chính thức của thiết bị được bắt đầu. Từ đây, LIGO thu được ít nhất ba sự kiện sóng hấp dẫn khác - báo cáo gần nhất đến từ Virgo, một giao thoa kế tương tự đặt gần Pisa, Ý.
Thorne và Weiss được cho là sẽ giành giải Nobel. Trước khi Drever ra đi, nhóm troika đã nhận được nhiều giải thưởng danh giá, phải kể đến Giải thưởng Đột phá trị giá 3 triệu đô la về Vật lý cơ bản; Giải thưởng về Vũ trụ học Gruber trị giá 5 trăm ngàn đô; giải thưởng Shaw về thiên văn học trị giá 1,2 triệu đô; và giải Kavli trị giá 1 triệu đô la.
Dịch từ bài viết của Nature
Bởi: Thới Ngọc Tuấn Quốc & Nguyễn Lê Vy
