Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Trung Quốc xây máy gia tốc hạt trị giá 618 triệu USD (03/09/2023)

Các nhà khoa học Trung Quốc lên kế hoạch xây dựng một máy gia tốc hạt mới nhằm thử nghiệm Mô hình chuẩn của vật lý hạt theo cách chi tiết chưa từng thấy.

Máy gia tốc hạt của Tổ chức nghiên cứu hạt nhân châu Âu tại Thụy Sĩ. Ảnh: iStock

Những công nghệ quan trọng dành cho Cơ sở siêu tau - charm (STCF) trị giá 618 triệu USD đang được phát triển. Quá trình xây dựng có thể bắt đầu trong 3 năm nữa, theo các nhà khoa học tham gia dự án. Sau khi vận hành, máy gia tốc sẽ sản xuất lượng hạt hạ nguyên tử khổng lồ gọi là tau lepton và charm quark, giúp giới nghiên cứu hiểu rõ cách chúng hợp lại để hình thành cấu trúc vật chất lớn hơn.

"STCF sẽ cho phép Trung Quốc dẫn đầu thế giới về vật lý tau - charm và công nghệ liên quan trong hàng thập kỷ tới", nhà khoa học đứng đầu dự án Zhao Zhengguo ở Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, cho biết. "Cơ sở cũng sẽ giải quyết những vấn đề khoa học cao cấp như bản chất của liên kết mạnh và tại sao vũ trụ gồm phần lớn là vật chất thay vì phản vật chất".

Giống như Máy gia tốc electron positron Bắc Kinh (BEPC), hoạt động từ năm 1990, STCF hoạt động bằng cách gia tốc electron và phản hạt của nó là positron gần tới vận tốc ánh sáng, sau đó để chúng va đập vào nhau để sản sinh hàng loạt hạt hạ nguyên tử. Đường bay, năng lượng và điện tích của hạt hạ nguyên tử được ghi lại bởi quang phổ kế để giúp các nhà khoa học tái hiện lại quá trình phản ứng.

Qua nhiều năm, BEPC tạo điều kiện cho giới khoa học trên khắp thế giới tạo ra những phát hiện quan trọng, bao gồm lần đầu đo chính xác khối lượng hạt tau vào thập niên 1990. Gần đây hơn, cỗ máy được sử dụng để nghiên cứu các hạt dường như chứa 4 quark hoặc nhiều hơn. Theo mô hình chuẩn, giả thuyết tốt nhất hiện nay để mô tả các khối xây dựng cơ bản tạo nên vũ trụ, một hạt thường chứa 2 hoặc 3 quark. Tuy nhiên, Zhao chia sẻ vị trí của BEPC ở thủ đô hạn chế tiềm năng mở rộng độ chính xác của nó lên tầm cao mới. Trong khi đó, STCF được xây ở miền nam Trung Quốc, được ví như phiên bản mở rộng tự nhiên của BEPC.

So với nhà máy tau - charm hiện nay ở Bắc Kinh, STCF sẽ có thiết kế tương tự nhưng lớn hơn gấp đôi về quy mô, theo báo cáo hồi tháng 3 năm nay. Máy gia tốc thẳng của cơ sở dài 400 m, hai vòng lưu trữ electron và positron có chu vi khoảng 800 m.

Cơ sở siêu tau - charm sẽ tăng tỷ lệ va chạm lên gấp 100 lần, có nghĩa chỉ trong 3 ngày, nó sẽ thu thập lượng dữ liệu bằng BEPC thu thập trong cả năm, theo nhóm nghiên cứu quốc tế đến từ Trung Quốc, Mỹ, Nga, Hàn Quốc và vài nước châu Âu khác. Máy gia tốc mới cũng mở ra một lĩnh vực năng lượng mới chưa bao giờ được nghiên cứu trước đây.

Để kiểm soát tốt va chạm bên trong STCF, Zhao và cộng sự đang phát triển những công nghệ quan trọng như nguồn electron và positron công suất cao, nam châm siêu dẫn, máy dò độ chính xác cao và thiết bị điện đọc tín hiệu siêu nhanh/siêu yếu. Họ hy vọng hoàn thành phát triển công nghệ vào cuối năm 2025 và xây dựng máy gia tốc trong giai đoạn 2026 - 2030.

Nhóm nghiên cứu nhận được 57,8 triệu USD từ chính quyền địa phương để giải quyết vấn đề công nghệ. Những khu vực tiềm năng để xây dựng STFC bao gồm Hợp Phì (tỉnh An Huy), Thiệu Hưng (tỉnh Chiết Giang) và Trịnh Châu (tỉnh Hà Nam).