Mang trong mình sứ mệnh đi tìm khởi nguồn của vũ trụ, máy gia tốc hạt lớn đã và đang thực hiện những nhiệm vụ nghiên cứu đặc biệt. Là cỗ máy hiện đại có quy mô được chế tạo lớn nhất trên thế giới, LHC góp phần không nhỏ trong công cuộc khai phá về vật lý lượng tử – lĩnh vực mới được con người chú ý và nghiên cứu gần đây. Hãy cùng BlogAnChoi tìm hiểu thêm về cỗ máy mang tính đột phá này nhé!
Máy gia tốc hạt lớn là gì?
Máy gia tốc hạt lớn (Large Hadron Collider – gọi tắt là LHC) là cỗ máy có quy mô lớn nhất và cung cấp gia tốc mạnh nhất thế giới. Tên gọi khác của máy gia tốc này là máy va chạm nguyên tử. LHC được thiết kế để bắn các hạt nhân nguyên tử vào nhau với một mức năng lượng cực cao. Trong suốt quá trình va chạm, các nhà khoa học sẽ quan sát và ghi chép lại mọi diễn biến và nghiên cứu về chúng.
Mục đích chính của cỗ máy hiện đại này là phá vỡ những giới hạn và mặc định chuẩn – những lý thuyết cơ bản hiện thời của vật lý hạt. Nói một cách đơn giản thì chiếc máy này sẽ đi sâu vào nghiên cứu các loại hạt, nghiên cứu vật lý lượng tử. Đồng thời, nó cũng chứng minh sự tồn tại của các hạt Higgs – hạt của Chúa.
Thiết kế của máy gia hạt lớn
Máy gia hạt LHC có cấu tạo là một đường ống tròn khép kín chạy qua cả hai phần lãnh thổ của Pháp và Thuỵ Sỹ. Với chu vi dài gần 30 km, LHC có 4 điểm giao nhau với đường biên giới có 2 nước này. Máy gia tốc này được đặt ở độ sâu cách mặt đất từ 50 đến 175 m. Đường kính hầm – nơi chứa máy gia tốc, là 3,8 m. Nó được xây dựng hoàn toàn bằng cấu trúc bê tông vô cùng vững chắc có thể chịu được động đất và các thảm hoạ khác.
Dẫn đầu trong công cuộc khai phá vật lý học nguyên tử, máy gia tốc hạt lớn được tích hợp những công nghệ tối tân nhất hiện nay để có thể đáp ứng được những yêu cầu công việc khắt khe nhất. Toàn bộ cỗ máy được trang bị nhiều thiết bị hỗ trợ khác nhau như máy nén, quạt gió, các thiết bị điều khiển và các thiết bị làm mát.
Không gian chứa các tia (phía bên trong ống của LHC) là không gian chân không với áp suất còn thấp hơn cả ở không gian xung quanh trạm vũ trụ quốc tế. Ngoài ra, LHC còn nắm giữ những thông số kỷ lục về nhiệt độ khắc nghiệt mà cỗ máy này có thể tạo ra được. Nhiệt độ lạnh nhất từng được đo trong máy là -456 độ F – lạnh hơn bất kỳ nơi nào xa xôi trong vũ trụ. Đây là một con số kỷ lục khi mà nó gần như chạm tới độ 0 tuyệt đối (-459,13 độ F hay 0 độ K) – nhiệt độ mà các phân tử ngừng di chuyển, phá vỡ mọi định luật vật lý.
Ngược lại, cỗ máy mạnh nhất từng được các nhà khoa học chế tạo ra này cũng từng ghi nhận những con số về độ nóng đến khủng khiếp. Nó có thể nung tới nhiệt độ cao nhất từng đo đạt được là hàng nghìn tỷ độ C. Đây được phỏng đoán là nhiệt độ hồi lúc vũ trụ mới được hình thành.
Cách thức hoạt động của máy gia tốc hạt lớn
Thông thường, phương thức hoạt động chính của các máy gia tốc hạt là dùng điện trường để di chuyển các hạt. Điện trường được tạo ra bởi các viên pin năng lượng và sắp xếp theo một đường thẳng. Tuy nhiên, các nhà khoa học tính toán rằng việc xếp các viên pin theo đường thẳng như vậy sẽ rất tiêu tốn nhiên liệu và sẽ không thuận tiện cho việc nghiên cứu. Vậy nên, khi bắt đầu xây dựng máy gia tốc hạt lớn, họ đã tính toán và thay điện trường bằng từ trường. Và vì từ trường khiến cho các hạt chuyển động thành vòng tròn cho nên cấu trúc của máy gia tốc hạt cũng là hình tròn.
Lực của từ trường sẽ khiến cho các hạt di chuyển. Qua mỗi vòng của máy gia tốc hạt lớn thì tốc độ sẽ liên tục tăng và đạt tốc độ cực kỳ cao. Sức mạnh của từ trường cùng với bán kính của đường tròn sẽ xác định tốc độ tối đa của các hạt. Khi các hạt đã có được gia tốc, các nhà khoa học sẽ cho chúng va chạm với nhau.
Trước khi đạt được tốc độ cần để thực hiện thí nghiệm, các hạt cần được tăng tốc và đạt tốc độ đỉnh. Sau đó cần được dự trữ trong vòng 10 đến 24 tiếng trước khi cho va chạm với nhau. Những va chạm này có thể cho ta thấy các quy luật nền tảng chi phối vật chất của các hạt nguyên tử và hạ nguyên tử.
Máy gia tốc hạt lớn được kỳ vọng là sẽ có những phát hiện mang tính đột phá về vật lý lượng tử, các quy luật cơ bản của Higgs. Đồng thời, nó thể hiện được khát vọng khám phá vũ trụ bao la của con người. Mong rằng những nghiên cứu của LHC có thể sẽ cho chúng ta biết được đôi chút về khởi nguồn của vũ trụ.
Một số bài viết khác có thể bạn quan tâm:
Trí tuệ nhân tạo AI: Công nghệ tối thượng hay hiểm họa khôn lường?
Warp Drive – Bước nhảy vọt trong công cuộc khai phá vũ trụ của con người
Theo dõi BlogAnChoi để cập nhật những tin tức mới nhất nhé!
