Thiết bị đầu dò CODEX-b, hiện đang được thiết kế và phát triển ở Galicia, Tây Ban Nha sẽ mở ra cơ hội cho con người trong việc khai phá vật chất và các quy luật chi phối vũ trụ. Viện Vật lý Năng lượng cao Galicia (IGFAE) là trung tâm nghiên cứu chung của Đại học Santiago de Compostela và Xunta de Galicia. Đây cũng là một trong nhiều tổ chức cộng tác của CERN, Phòng thí nghiệm châu Âu về Hạt nhân đặt tại Geneva, Thụy Sĩ. Tại CERN, các nhà khoa học nghiên cứu vật lý hạt thông qua các thí nghiệm phức tạp và một trong số các thí nghiệm có ý nghĩa quan trọng nhất hiện nay là về máy gia tốc hạt Hadron (LHC).
LHC được cấu tạo gồm một đường hầm dài chứa các proton có tốc độ gần như vận tốc ánh sáng. Các thiết bị đầu dò được đặt xung quanh những khu vực có va chạm proton và hoạt động như máy ảnh khổng lồ để ghi lại kết quả của mỗi vụ va chạm. Mặc dù các thiết bị này có thể đại diện cho những tiến bộ công nghệ mới nhất, nhưng không phải lúc nào cũng có khả năng ghi lại mọi thứ xảy ra trong các vụ va chạm. Khi các proton va chạm bên trong máy gia tốc, các hạt sẽ “bay” một khoảng từ vài mm đến vài m trước khi biến mất. Tuy nhiên, hầu hết các thiết bị đầu dò hiện có không thể chụp và tái tạo lại đường đi của các hạt này.
IGFAE cho biết, một trong những nhiệm vụ cơ bản của những thí nghiệm này là tìm ra các hiện tượng mới có thể giúp hiểu rõ hơn nhiều bí ẩn trong Vũ trụ, như các loại Hạt sống dài (LLP), loại hạt đặc biệt hiện khó nắm bắt. Sự tồn tại của các hạt này cho đến nay đã được một số mô hình lý thuyết dự đoán và có thể tiến gần hơn những bí ẩn của chúng nhờ thiết bị đầu dò CODEX-b, một trong những thiết bị đầu dò hạt khổng lồ của LHC. IGFAE đang có kế hoạch đặt CODEX-b bên cạnh LHC.
El – Thiết bị đầu dò hạt LHCb (Ảnh: CERN)
Máy gia tốc hạt Hadron hiện là máy gia tốc hạt lớn nhất và mạnh nhất thế giới. LHC được hoạt động lần đầu tiên vào ngày 10/9/2008 và là sự bổ sung mới nhất cho tổ hợp máy gia tốc của CERN. LHC bao gồm một vòng nam châm siêu dẫn dài 27 km với một số cấu trúc gia tốc để tăng năng lượng của các hạt trên đường di chuyển. Bên trong máy gia tốc, có hai chùm hạt năng lượng cao di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng trước khi chúng va chạm nhau. Các chùm hạt truyền theo các hướng ngược nhau trong các ống riêng biệt – hai ống được giữ ở trạng thái chân không cực cao. Các chùm hạt được dẫn quanh vòng gia tốc bởi một từ trường mạnh được duy trì nhờ các nam châm điện siêu dẫn. Nam châm điện được chế tạo từ các cuộn dây cáp điện đặc biệt hoạt động ở trạng thái siêu dẫn, dẫn điện hiệu quả mà không bị điện trở hoặc mất năng lượng. Điều này đòi hỏi phải làm lạnh các nam châm đến ‑271,3°C – nhiệt độ lạnh hơn không gian vũ trụ. Vì lý do này, phần lớn máy gia tốc được kết nối với hệ thống phân phối heli lỏng, làm nguội các nam châm.
Hệ thống máy gia tốc này có hàng nghìn nam châm với nhiều loại và kích cỡ khác nhau được sử dụng để hướng các chùm tia di chuyển quanh máy gia tốc: 1.232 nam châm lưỡng cực dài 15 m làm cong các chùm tia và 392 nam châm tứ cực, mỗi nam châm dài 5-7 mét, làm tiêu điểm các chùm tia. Ngay trước khi va chạm, một loại nam châm khác được sử dụng để “ép” các hạt lại gần nhau hơn nhằm tăng khả năng va chạm. Các hạt này rất nhỏ nên nhiệm vụ khiến chúng va chạm giống như bắn hai cây kim cách nhau 10 km với độ chính xác cực cao. Từ đây, các chùm hạt bên trong LHC được tạo ra để va chạm tại bốn vị trí xung quanh vòng máy gia tốc, tương ứng với vị trí của bốn thiết bị đầu dò hạt – ATLAS, CMS, ALICE và LHCb.
Để phát triển CODEX-b, IGFAE đã xây dựng mô hình CODEX-beta, một phiên bản nhỏ hơn và rẻ hơn với mục đích thử nghiệm thiết kế và hiệu quả thiết bị. Việc xây dựng dự kiến sẽ kết thúc trong hai năm tới. Mục tiêu của thiết bị sẽ là đo phông nền, phân tích sơ bộ và chứng minh rằng công nghệ của CODEX-b là khả thi.
Bản đồ vị trí tương lai của CODEX-b bên trong LHCb tại CERN (Ảnh: CERN).
Theo IGFAE, CODEX-b là một trong những thiết bị có tiềm năng nhất trong việc tìm ra các hạt sống dài hoặc loại trừ sự tồn tại của chúng trong không gian trong 10 năm tới. Khám phá ra một hạt sống dài sẽ thay đổi quan niệm của con người về các bản chất cơ bản nhất của hạt nhân và sẽ liên kết trực tiếp đến một số bí ẩn có liên quan nhất của vật lý hiện tại: Nguồn gốc của Vũ trụ? Làm thế nào có thể giải thích thành phần hiện tại của Vũ trụ?.
Từ khóa: máy gia tốc hạt Hadron; LHC; IGFAE; CODEX-b;
– CMD&DND –
