Máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới chính thức dừng hoạt động

Theo Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN), LHC sẽ ngừng hoạt động đến tháng 6/2030 để thực hiện đợt cải tạo sâu rộng, biến cỗ máy này thành phiên bản mới mang tên High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC).

Nằm trong đường hầm hình tròn dài 27km dưới biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ, LHC hiện là máy gia tốc hạt mạnh nhất thế giới và là một trong những công trình khoa học phức tạp nhất từng được con người xây dựng.

Đợt nâng cấp lớn nhất kể từ khi xây dựng

Việc dừng hoạt động nằm trong chương trình "Long Shutdown 3" (LS3), giai đoạn bảo trì và nâng cấp được CERN đánh giá là quy mô nhất kể từ khi dự án LHC được khởi công vào năm 1998.

Trong quá trình này, một phần hệ thống máy gia tốc sẽ được tháo dỡ để lắp đặt các nam châm siêu dẫn thế hệ mới cùng nhiều thiết bị quan trọng khác trên đoạn đường hầm dài khoảng 1,2km.

Các thiết bị này có nhiệm vụ điều khiển các chùm hạt chuyển động ở tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng và kiểm soát chính xác các vụ va chạm bên trong máy gia tốc.

Ông Jean Philippe Tock, người phụ trách điều phối chương trình nâng cấp, mô tả đây là một trong những chiến dịch hậu cần và kỹ thuật phức tạp nhất từng được thực hiện tại CERN.

Tăng gấp nhiều lần số vụ va chạm hạt

Mục tiêu lớn nhất của dự án HL-LHC là tăng đáng kể số lượng dữ liệu khoa học thu thập được.

Hiện nay, mỗi lần hai chùm proton giao cắt, LHC tạo ra khoảng 60 vụ va chạm gần như đồng thời. Sau khi nâng cấp, con số này dự kiến tăng lên từ 140 đến 200 vụ va chạm trong mỗi lần giao cắt.

Nhờ đó, độ sáng tích hợp (integrated luminosity), chỉ số phản ánh tổng số vụ va chạm được ghi nhận theo thời gian, có thể tăng gấp 10 lần so với thiết kế ban đầu của dự án.

Khối lượng dữ liệu khổng lồ này sẽ giúp các nhà khoa học nghiên cứu những hiện tượng cực kỳ hiếm gặp mà hiện nay có thể bị che khuất giữa hàng tỷ tương tác hạt khác.

Truy tìm vật chất tối và các hạt chưa từng được phát hiện

Một trong những mục tiêu khoa học quan trọng nhất của HL-LHC là tìm kiếm các hạt cơ bản chưa từng được phát hiện.

Ông Filip Moortgat, điều phối viên vận hành máy dò CMS, cho biết giới khoa học kỳ vọng hệ thống mới sẽ mở ra cơ hội khám phá những dạng vật chất hoàn toàn mới, thậm chí có thể cung cấp manh mối về vật chất tối, thành phần được cho là chiếm phần lớn vật chất trong vũ trụ nhưng đến nay vẫn chưa được quan sát trực tiếp.

Những dữ liệu mới cũng có thể giúp lấp đầy các khoảng trống trong Mô hình Chuẩn, nền tảng lý thuyết quan trọng nhất của vật lý hạt hiện đại nhưng vẫn chưa thể giải thích đầy đủ cấu trúc của vũ trụ.

AI tham gia xử lý dữ liệu

Khi HL-LHC đi vào hoạt động, số lượng tương tác hạt được ghi nhận sẽ tăng lên mức chưa từng có, tạo ra lượng dữ liệu khổng lồ mỗi giây.

Để xử lý thách thức này, CERN sẽ triển khai các hệ thống tự động ứng dụng trí tuệ nhân tạo nhằm sàng lọc và lựa chọn theo thời gian thực những vụ va chạm có giá trị khoa học cao nhất.

Tuy nhiên, bà Nedaa Alexandra Asbah nhấn mạnh AI chỉ đóng vai trò công cụ hỗ trợ. Việc phân tích kết quả, diễn giải dữ liệu và đưa ra kết luận khoa học vẫn thuộc trách nhiệm của các nhà vật lý.

Vẫn có thể xuất hiện khám phá mới trong thời gian dừng hoạt động

Dù các vụ va chạm mới tạm ngừng đến năm 2030, hoạt động nghiên cứu tại CERN sẽ không bị gián đoạn.

Các nhà khoa học vẫn tiếp tục khai thác kho dữ liệu khổng lồ thu thập được trong những năm gần đây và không loại trừ khả năng xuất hiện các phát hiện quan trọng ngay trong thời gian nâng cấp.

LHC bắt đầu vận hành từ năm 2008 và tạo nên dấu mốc lịch sử vào năm 2012 khi xác nhận sự tồn tại của hạt Higgs, mảnh ghép then chốt giúp giải thích cách các hạt cơ bản có được khối lượng.

Theo ông Oliver Brüning, Giám đốc Công nghệ và Máy gia tốc của CERN, LHC đã vượt xa những kỳ vọng ban đầu. Với phiên bản HL-LHC dự kiến đi vào hoạt động từ năm 2030, giới khoa học kỳ vọng sẽ bước sang một giai đoạn mới trong hành trình khám phá hạt Higgs, vật chất tối và những bí ẩn sâu xa nhất của vũ trụ.