CERN sẽ xây dựng siêu vành va chạm 21 tỷ euro
CERN, phòng thí nghiệm vật lý hạt châu Âu sẽ theo đuổi việc xây dựng một cỗ máy gia tốc có độ dài 100km để khám phá những bí mật của hạt Higgs boson nhưng chưa đủ kinh phí.
Quyết định này đã được Hội đồng CERN đồng lòng nhất trí vào ngày 19/6/2020, sau khi một hội đồng độc lập chấp thuận vào tháng 3/2020. Tổ chức tiên phong bậc nhất về vật lý hạt châu Âu sẽ cần sự hỗ trợ của toàn cầu về kinh phí cho dự án này, vốn được dự đoán là cần một khoản kinh phí ít nhất vào khoảng 21 tỷ euro và có thể sẽ trở thành thiết bị theo sau cỗ máy gia tốc hạt lớn LHC. Cỗ máy mới có thể sẽ để các electron va chạm với positron, những phản hạt của chúng. Thiết kế này – cỗ máy được đặt tại một đường hầm dưới lòng đất gần địa điểm CERN ở Geneva, Thụy Sĩ – sẽ cho phép các nhà vật lý nghiên cứu về các đặc tính của hạt Higgs boson và sau đó là một cỗ máy có chùm tia mạnh hơn để tạo sự va chạm giữa các proton, và có thể hoạt động tốt trong nửa sau thế kỷ 21.
Sự chấp thuận này vẫn không hẳn là một quyết định cuối cùng nhưng điều đó có nghĩa là CERN có thể đặt nỗ lực thiết kế một vành va chạm và nghiên cứu về tính khả thi của nó, trong khi thúc đẩy những nỗ lực R&D để có những thiết kế cho thiết bị mới như vành va chạm tuyến tính eletron-positron hoặc một thiết bị có thể gia tốc các hạt muon. “Tôi nghĩ đấy là ngày lịch sử của CERN và vật lý hạt trong và ngoài phạm vi châu Âu,” tổng giám đốc điều hành CERN Fabiola Gianotti nói với hội đồng sau cuộc bỏ phiếu.
“Đây rõ ràng là một điểm đáng nhớ” với CERN, cựu tổng giám đốc CERN Chris Llewellyn-Smith, nói. “Đây là một bước tiến quan trọng, cho phép các quốc gia châu Âu nói ‘đúng, đây là những gì chúng tôi muốn theo đuổi’.” Llewellyn-Smith là một nhà vật lý tại trường đại học Oxford, Anh.
Hai giai đoạn
Quyết định này đã được nêu trong một bản tài liệu mang tên Chiến lược châu Âu để cập nhật về vật lý hạt (European Strategy for Particle Physics Update). Tài liệu này đưa ra hai giai đoạn phát triển: Đầu tiên, CERN có thể xây dựng một vành va chạm electron-positron với các mức năng lượng va chạm có thể đạt tới cực đại, đảm bảo cho việc tạo ra các hạt Higgs bosons và hiểu được chi tiết những đặc tính của nó.
Vào nửa sau thế kỷ này, thiết bị đầu tiên có thể được tháo dỡ và thay thế bằng một máy gia tốc proton-proton nhanh hơn, có thể đạt tới mức năng lượng va chạm 100 teraelectronvolts (TeV) – LHC đạt mức năng lượng 16 TeV, hiện tại là máy gia tốc có mức năng lượng cao nhất thế giới. Mục tiêu của thiết bị mới là tìm kiếm các hạt mới hoặc lực tự nhiên và mở rộng hoặc thay thế Mô hình chuẩn hiện thời của vật lý hạt. Rất nhiều công nghệ mà việc phát triển cỗ máy này đòi hỏi và sẽ là chủ đề của nghiên cứu một cách chuyên sâu trong vài thập kỷ đến. “Đây là một chiến lược đầy tham vọng với việc phác thảo một tương lai tươi sáng cho châu Âu và CERN với một cách tiếp cận theo từng bước đầy khôn ngoan,” Gianotti nói.
“Tôi nghĩ dĩ nhiên đây là định hướng đúng để theo đuổi”, Yifang Wang, giám đốc Viện nghiên cứu vật lý năng lượng cao (IHEP) của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc ở Bắc Kinh, nói. Cỗ máy mới đề xuất của CERN tương tự về ý tưởng với thiết bị đề xuất của Wang về một vành va chạm của Trung Quốc, noi theo khám phá hạt Higgs boson trên LHC vào năm 2012. Giống như chiến lược chính thức hiện thời ở CERN, đề xuất của Wang còn bao gồm cả triển vọng có thêm một vành va chạm proton trong giai đoạn tiếp theo, tiếp theo mô hình LHC (vòng tròn có đường kính 27 km được đặt trong đường hầm của LHC trong những năm 1990). Quyết định của CERN “là sự xác nhận cho sự lựa chọn của chúng tôi là đúng”, Wang nói.
Trong khi tán thành hoàn toàn với vành va chạm hình tròn của CERN, Trung Quốc kêu gọi CERN tìm hiểu sự tham gia của Vành va chạm tuyến tính quốc tế (International Linear Collider), một ý tưởng cũ vẫn còn hoạt động với nỗ lực của các nhà vật lý Nhật Bản. Hitoshi Yamamoto, một nhà vật lý ở trường đại học Tohoku tại Sendai, Nhật Bản, cho biết việc xác nhận cho kế hoạch mới của CERN đáng khuyến khích. “Tôi tin tưởng những điều kiện để ILC tiến bước tiếp theo tại Nhât Bản và toàn cầu hiện giờ đã được xác nhận đúng lúc, đúng chỗ”.
Tìm nguồn đầu tư
Chiến lược đã hình dung ra công việc đến năm 2038 của CERN như bắt đầu xây dựng đường hầm 100 km và vành va chạm electron-positron. Cho đến khi đó, CERN sẽ tiếp tục vận hành một phiên bản nâng cấp vành va chạm mang tên High Luminosity LHC, vốn đang được xây dựng.
Nhưng trước khi CERN có thể bắt đầu công việc về cỗ máy mới, nó cần phải tìm thêm nguồn kinh phí mới bởi kinh phí vượt qua mức đóng góp thông thường của các quốc gia thành viên. Llewellyn-Smith cho rằng các quốc gia ngoài châu Âu, bao gồm Mĩ, Trung Quốc và Nhật Bản có thể cần tham gia CERN để hình thành một tổ chức mới mang tính toàn cầu. “Và tất nhiên cần một cấu trúc mới,” ông nói.
Kế hoạch mới nặng về chi phí này đã bị gièm pha – ngay cả trong cộng đồng vật lý. Sabine Hossenfelder, một nhà vật lý lý thuyết tại Viện Nghiên cứu tiên tiến Frankfurt ở Đức, đã chỉ trích cho việc theo đuổi ý tưởng năng lượng cao này khi cho rằng sự “hoàn vốn” khoa học – một phần của việc đo đạc các tính chất của những hạt đã biết – còn lâu mới được đảm bảo. “Tôi vẫn nghĩ đây không phải ý tưởng đúng. Chúng ta đang nói về hàng chục tỷ euro đấy. Tôi chỉ nghĩ là ý tưởng này không đủ tiềm năng khoa học để làm được nghiên cứu đúng đắn nào ngay được.”
Vành va chạm mới sẽ mở ra một phạm vi chưa từng được biết đến trước đây. Tara Shears, một nhà vật lý tại trường đại học Liverpool, Anh, nhận xét. Trong khi LHC có một mục tiêu rõ ràng là để tìm kiếm hạt Higgs boson cũng như các nguyên nhân mang tính gợi mở cho các nhà lý thuyết để tin rằng có thể một hạt mới trong phạm vi khối lượng đó cũng được khai phá, tình huống hiện nay hoàn toàn khác. “Chúng ta không có một dự đoán tương đương nào – nó khiến cho việc nhận thức được nơi nào và bằng cách nào có thể tìm kiếm những câu hỏi thách thức và rủi ro hơn””.
Dẫu vậy, bà nói “chúng ta biết chỉ một con đường tìm những câu trả lời là bằng thực nghiệm và chỉ một nơi có thể tìm ra chúng là nơi chúng ta chưa từng có khả năng tìm thấy.”
Trong phần cuối của cuộc họp với sự tham gia của các thành viên từ nhiều nơi qua mạng internet, Chủ tịch Hội đồng CERN Ursula Bassler nói, “nhiệm vụ lớn hiện nay đang ở trước mắt chúng ta, đặt chiến lược này vào thực tế.” Sau đó, bà mở một chai champagne kết thúc phiên họp đặc biệt này.
Thanh Phương dịch
Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-020-01866-9
