Thiết bị này chứa thứ nước lọc siêu tinh khiết nhưng cực kì nguy hiểm, có thể ăn mòn kim loại

Nằm sâu 1.000 mét bên dưới Núi Ikeno là một nơi trông như hang ổ của kẻ ác trong một bộ phim điệp viên 007 nào đó.

Đó là Super-Kamiokande, hay còn được gọi là Super-K, một máy phát hiện neutrino – một hạt hạ nguyên tử đi xuyên qua không gian, qua mọi thứ vật chất rắn mà không bị cản trở một chút gì.

Việc nghiên cứu những hạt đặc biệt này sẽ giúp các nhà khoa học phát hiện ra các ngôi sao đang chết, quan đó hiểu hơn về Vũ trụ này. Trang tin Business Insider đã có buổi nói chuyện với 3 nhà khoa học về cách thức căn phòng khổng lồ này hoạt động và những thí nghiệm nguy hiểm vẫn được thực hiện bên trong nó.

Bằng một con mắt khác, ta nhìn vào thế giới hạ nguyên tử

Rất khó để phát hiện ra hạt neutrino, nhà vật lý học Neil deGrasse đã gọi nó là "con mồi lẩn trốn giỏi nhất trong toàn vũ trụ này". Ông cũng giải thích thêm tại sao lại phải xây cỗ máy này sâu bên trong lòng núi, đó là để ngăn các loại hạt khác xâm nhập vào bên trong.

"Vật chất không thể ngăn cản được các hạt neutrino. Một hạt neutrino có thể đi qua lượng thép dày một trăm năm ánh sáng mà không hề bị chậm lại chút nào". Ý của deGrasse là ánh sáng sẽ phải mất 100 năm để đi qua được lớp thép kể trên, vậy là lớp thép dày 946.052.840.000.000.000 mét cũng không cản được hạt neutrino. Phép tính chỉ mang tính ước tính.

Nhưng bắt hạt neutrino để làm gì?

"Nếu như xảy ra một vụ nổ siêu tân tinh, một ngôi sao sẽ sập xuống và biến thành một hố đen vũ trụ", Yoshi Uchida từ Đại học Hoàng gia London nói với Business Insider.

Tinh vân Con Cua là sản phẩm của một vụ nổ siêu tân tinh.

"Nếu như sự kiện này xảy ra trong ngân hà của chúng ta, Super-K sẽ là một trong số ít thiết bị có thể nhìn được các hạt neutrino phát ra". Trước khi ngôi sao sập xuống, nó sẽ phóng ra neutrino. Cỗ máy Super-K sẽ hoạt động như là một thiết bị cảnh báo sớm, nói cho các nhà khoa học biết nơi nào đang diễn ra hoạt động đáng chú ý.

"Các phép tính nháp cho thấy các vụ nổ siêu tân tinh diễn ra khoảng 30 năm một lần, trong phạm vi máy của chúng tôi có thể quan sát được", nhà nghiên cứu Uchida nói. "Nếu như bạn đón trượt một vụ, bạn sẽ phải đợi trung bình vài thập kỉ để quan sát được cái tiếp theo".

Super-K không chỉ bắt hạt neutrino bắn từ Vũ trụ xuống

Từ bên kia nước Nhật và cụ thể là tại Tokai, thử nghiệm T2K bắn một tia neutrino, đi qua quãng đường 295 km, xuyên lòng đất để tới được hệ thống Super-K. Họ đang nghiên cứu xem neutrino thay đổi như thế nào khi đi qua vật chất, kết quả sẽ cho chúng ta biết thêm về nguồn gốc Vũ trụ này, ví dụ như mối liên hệ giữa vật chất và phản vật chất.

"Mô hình Big Bang của chúng tôi dự đoán rằng vật chất và phản vật chất đáng lẽ phải được tạo ra một cách cân bằng", Morgan Wascko từ Đại học Hoàng gia nói với Business Insider, "nhưng hiện tại đa số phản vật chất đã biến mất bằng cách này hay cách khác".

Nghiên cứu neutrino sẽ cho phép ta hiểu được tại sao lại như vậy.

Và đây là cách Super-K bắt được các hạt neutrino

Hệ thống Super-Kamiokande cao tương đương một tòa nhà 15 tầng và có hình dạng thế này đây.

Khu vực hình trụ lớn kia chứa khoảng 50.000 tấn nước cực tinh khiết, Nước chính là vật chất được dùng để truyền tải neutrino hiệu quả: khi đi qua nước, neutrino sẽ nhanh hơn ánh sáng. Khi nó đi qua nước, "nó sẽ tạo ra ánh sáng giống với cách một chiếc máy bay Concord tạo ra tiếng nổ siêu thanh - âm thanh nghe được thông qua sóng xung kích, tạo ra khi một vật thể di chuyển nhanh hơn vận tốc âm thanh", nhà nghiên cứu Uchida nói.

"Khi một phi cơ bay với cực nhanh, hơn vận tốc âm thanh, nó sẽ tạo ra một sóng sóng xung kích mạnh. Cách mà hạt neutrino đi qua nước cũng vậy, khi vượt qua giới hạn ánh sáng, nó cũng tạo ra một sóng xung kích ánh sáng".

Toàn bộ khoang của Super-K chứa 11.000 bóng màu vàng, chúng là những thiết bị cực kì nhạy sáng có tên Photo Multiplier Tube, có thể bắt được những sóng chấn động ánh sáng kia.

Wascko mô tả những bóng này là "một bóng đèn ngược". Về cơ bản và để hiểu cho đơn giản, thì chúng có thể mát hiện ra lượng ánh sáng dù nhỏ tới đâu, biến nó thành dòng điện, qua đó có thể theo dõi được.

Cận cảnh một Photo Multiplier Tube.

Thứ nước dùng để dẫn neutrino tinh khiết một cách đáng sợ

Để ánh sáng từ các sóng chấn động kia tới được cảm biến, nước phải trong vô cùng, hơn bạn tưởng tượng nhiều. Super-K liên tục lọc và làm trong lại nước, sử dụng tia cực tím để tiêu diệt bất kì thứ vi khuẩn nào. Và trong quá cũng khiến nước thường bỗng trở nên nguy hiểm.

"Nước siêu tinh khiết có thể làm tan bất kì thứ gì", nhà nghiên cứu Uchida nói. "Nước tinh khiết là một thứ cực kì đáng sợ. Nó có tính chất của acid và kiềm".

"Nếu bị nước này dội lên người, bị sẽ bị tróc mô mềm trên cơ thể", nhà nghiên cứu Wascko tái khẳng định về độ nguy hiểm của nước siêu tinh khiết. Nước này có thể ăn mòn cả kim loại, nói gì tới cơ thể con người.

Khi bảo trì Super-K, các nhà khoa học sẽ phải dùng thuyền để bơi ra, thay thế các cảm biết gặp vấn đề. Matthew Malek từ Đại học Sheffield cùng với hai nhà khoa học khác đã tiến hành bảo trì Super-K trên những con thuyền nhỏ này từ hồi Malek còn là sinh viên.

Anh Malek kể lại một lần khi anh và hai nhà khoa học khác đang nghỉ ngơi sau một ca làm việc, anh đã ngả đầu chút, không để ý nên đã để khoảng 3 cm tóc chạm xuống nước. Anh cũng chẳng lo về việc mình vừa làm bẩn số nước này, bởi lẽ lúc đó công việc của họ là tháo nước bể để xử lý.

3 giờ sáng hôm ấy, hậu quả ập đến. "Tôi bật dậy lúc 3 giờ và trải qua một cơn ngứa đầu tồi tệ nhất trong đời", Malek nói. "Ngứa hơn hẳn hồi đậu mùa khi tôi còn bé. Ngứa đến mức tôi chẳng ngủ được".

Lúc đấy, anh nhận ra rằng nước siêu tinh khiết đã hút toàn bộ dinh dưỡng của chỗ tóc chạm nước, và việc thiếu dinh dưỡng đã khiến da đầu ngứa điên cuồng. Anh nhanh chóng đi tắm, bỏ ra hẳn nửa tiếng ngồi dưỡng tóc.

Wascko có một câu chuyện khác. Đó là hồi 2000, khi anh rút cạn nước bể và nhìn thấy viền ngoài của một cái cờ lê hằn dưới đáy bể. "Hẳn ai đó dã để quên cái cờ lê này hồi năm 1995 khi người ta đổ nước vào đây. Đến lúc thau bể năm 2000, thì cái cờ lê đã bị phân hủy từ lâu rồi".

Các nhà khoa học đi thuyền trên làn nước siêu tinh khiết.

Tương lai của Super-K 2.0

Super-Kamiokanda khổng lồ thật đó, nhưng đã có kế hoạch xây dựng Hyper-Kamiokande còn lớn hơn nữa. "Chúng tôi đang cố xin cấp phép cho Hyper-Kamiokande, có lẽ sẽ đi vào hoạt động khoảng 2026".

Kích cỡ của Hyper-K sẽ lớn hơn Super-K khoảng 20 lần, và sẽ có tới 99.000 cảm biến ánh sáng, một con số khổng lồ so với 11.000 của Super-K hiện tại.