Một khối đồng thể tích 1 m3 đã trở thành vật lạnh nhất trên Trái đất khi các nhà nghiên cứu làm lạnh nó xuống 6 milli kelvin, hay sáu phần nghìn của một độ trên không độ tuyệt đối (0 kelvin).
Đây là nhiệt độ gần độ không tuyệt đối nhất mà một chất cỡ khối lượng và thể tích này từng đạt tới. Các nhà nghiên cứu đã đặt một khối đồng 400 kg bên trong một bình chứa gọi là máy điều lạnh được thiết kế riêng để giữ các vật ở nhiệt độ cực lạnh. Đây là máy điều lạnh đầu tiên được chế tạo có khả năng giữ các chất ở gần không độ tuyệt đối đến như thế.
“Khó khăn chính của dự án này là thách thức công nghệ của máy điều lạnh,” phát biểu của nhà nghiên cứu Carlo Bucci tại Viện Vật lí Hạt nhân Quốc gia (INFN) ở Italy. “Chúng tôi mất 10 năm thiết kế, hiện thực hóa và thử nghiệm hệ thống.”
Việc xây dựng máy điều lạnh nhiệt độ cực thấp chỉ là bước đi đầu tiên trong một thí nghiệm mới trong đó máy điều lạnh sẽ đóng vai trò một máy dò hạt (detector). Bố trí cho thí nghiệm được gọi là Đài thiên văn Điều lạnh Dưới lòng đất Tìm kiếm Các sự kiện hiếm (CUORE) và hiện đang được xây dựng tại phòng thí nghiệm dưới lòng đất Gran Sasso trực thuộc INFN. Bucci cùng đội nghiên cứu hi vọng máy dò hạt CUORE sẽ làm sáng tỏ nhiều hơn về những hạt hạ nguyên tử gọi là neutrino và vì sao vũ trụ lại có nhiều vật chất hơn phản vật chất đến như vậy.
Các nhà khoa học đã làm lạnh một khối đồng bên trong một máy điều lạnh, bình chứa đầu tiên thuộc loại như thế có thể giữ các chất ở gần sát không độ tuyệt đối. Ảnh: INFN
Phản vật chất được cấu tạo bởi những hạt tích điện trái dấu với các hạt cấu tạo nên vật chất bình thường. Ngay sau Vụ nổ Lớn (Big Bang) khai sinh ra vũ trụ chừng 13,7 tỉ năm trước đây, vật chất và phản vật chất được cho là tồn tại với lượng ngang nhau. Nhưng khi hai chất liệu này va chạm, chúng hủy lẫn nhau, nghĩa là vũ trụ sẽ không thể tồn tại. Nhưng vì lí do gì đó, vật chất trở nên lấn át phản vật chất, và các nhà vật lí ngày nay vẫn chưa hiểu nguyên do vì sao.
Bucci và các đồng sự của ông hi vọng quan sát được một hiện tượng hiếm gọi là phân hủy beta kép không neutrino. Hiện tượng này xảy ra khi phản neutrino phân hủy thành neutrino. Các nhà nghiên cứu hi vọng chứng minh được rằng neutrino là hạt Majorana, nghĩa là chúng hành xử giống như phản hạt của riêng chúng. Các nhà nghiên cứu cho rằng hiện tượng này có thể giải thích tại sao vũ trụ chứa nhiều vật chất hơn phản vật chất như thế. Thí nghiệm cũng có thể làm sáng tỏ khối lượng chính xác của neutrino, cái các nhà vật lí vẫn đang cố gắng tính ra trong những năm qua.
Để quan sát các hiện tượng hiếm đó, các nhà nghiên cứu cần nhiệt độ khoảng 10 milli kelvin. Đó là lí do máy dò hạt CUORE được xây dựng. Một khi hoàn thành, bên trong máy điều lạnh này sẽ được canh hàng bố trí hàng trăm tinh thể có khả năng phát hiện ra neutrino bằng cách thu nhận bức xạ và các biến thiên nhiệt độ. Máy điều lạnh được làm lạnh bằng một tủ lạnh pha loãng công suất cao (tên gọi theo quá trình hóa học mang lại sự làm lạnh), nhưng sử dụng các ống áp suất và chất khí thay cho nitrogen lỏng hoặc helium lỏng.
Bucci cho biết đội của ông không thể sử dụng nitrogen lỏng hay helium lỏng, bởi vì các chất đó đắt tiền và có thể gây ra các dao động trong thí nghiệm. Các dao động này có thể cản trở máy dò hạt thu nhặt neutrino.
Máy điều lạnh của nhóm Bucci sẽ được bao bọc bởi gần 1,8 tấn chì để ngăn mọi bức xạ từ bên ngoài đi vào bên trong và gây nhiễu cho sự dò tìm neutrino.
Bucci và đội của ông hi vọng thí nghiệm của họ sẽ bắt đầu chạy trong năm tới.
Nguồn: Kelly Dickerson – LiveScience
