Máy dò ATLAS lớn nhất của CERN dùng trong nghiên cứu va chạm hạt cơ bản

Từ những thí nghiệm va chạm hạt, các nhà khoa học sẽ trả lời các câu hỏi cơ bản về vật lý thực nghiệm.
Máy dò ATLAS lớn nhất của CERN dùng trong nghiên cứu va chạm hạt cơ bản
Máy dò thí nghiệm ATLAS. Nguồn: CERN

Mười năm trước, các nhà khoa học đã công bố phát hiện ra hạt Higgs, giúp giải thích tại sao các khối xây dựng nhỏ nhất của tự nhiên lại có khối lượng. Đối với các nhà vật lý hạt trên thế giới, đó là một kết quả rất quan trọng và được chờ đợi từ lâu, đánh dấu một kỷ nguyên mới của vật lý thực nghiệm. Các nhà vật lý tại Máy va chạm Hadron lớn, một máy gia tốc hạt lớn nhất và mạnh nhất thế giới đặt tại Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) ở Geneva đã phát hiện ra hạt Higgs phần lớn là do kết quả từ thí nghiệm ATLAS.

ATLAS (viết tắt của A Toroidal LHC Apparatus) được thiết kế như một thí nghiệm vật lý hạt có mục đích chung để khám phá tiềm năng của LHC (Máy va chạm Hadron lớn). Theo CERN, ATLAS "là một thí nghiệm vật lý hạt có mục đích chung, sử dụng phép đo chính xác để đẩy giới hạn kiến ​​thức bằng cách tìm kiếm câu trả lời cho các câu hỏi cơ bản như: Các khối cấu tạo cơ bản của vật chất là gì? các lực cơ bản của tự nhiên? Vật chất tối được làm bằng gì?". Thí nghiệm được thiết kế để quan sát các hiện tượng liên quan đến các hạt có khối lượng lớn không thể quan sát được bằng cách sử dụng các máy gia tốc năng lượng thấp hơn trước đó.

Tại LHC, các chùm hạt xoay quanh một vòng ngầm dài 17 dặm (27 km) của LHC, bao gồm một vòng nam châm siêu dẫn với một số cấu trúc gia tốc giúp tăng năng lượng của các hạt trên đường đi và va đập vào nhau. Khi các vụ va chạm tạo ra các hạt với tốc độ hơn một tỷ tương tác mỗi giây, chúng được phát hiện bởi máy dò ATLAS. Máy dò hạt thu thập thông tin về chúng, sau đó được phân tích bởi các nhà khoa học ATLAS.

Điều gì tạo nên máy dò hạt ATLAS?
Mặc dù các hạt thường di chuyển theo đường thẳng, nhưng đường đi của chúng có thể bị cong bằng cách tạo ra một từ trường mạnh. ATLAS được tạo thành từ "sáu hệ thống con phát hiện khác nhau được bao bọc đồng tâm trong các lớp xung quanh điểm va chạm để ghi lại quỹ đạo, động lượng và năng lượng của các hạt". Một hệ thống nam châm khổng lồ uốn cong đường đi của các hạt mang điện để có thể đo được mômen của chúng một cách chính xác nhất có thể.

Nó bao gồm sáu hệ thống con phát hiện khác nhau được bao bọc đồng tâm trong các lớp xung quanh điểm va chạm để ghi lại quỹ đạo, động lượng và năng lượng của các hạt, cho phép chúng được xác định và đo lường riêng lẻ. Một hệ thống nam châm khổng lồ uốn cong đường đi của các hạt tích điện để thực hiện các phép đo chính xác.

Theo dõi và xác định các hạt: thí nghiệm ATLAS
Máy dò hạt có thể phát hiện một số hạt nhỏ nhất và năng lượng nhất từng được tạo ra trên trái đất. Nó bao gồm "sáu hệ thống con phát hiện khác nhau được bao bọc đồng tâm trong các lớp xung quanh điểm va chạm để ghi lại quỹ đạo, động lượng và năng lượng của các hạt", theo trang web của ATLAS. Điều này cho phép chúng được xác định và đo lường riêng lẻ.

Những chùm hạt này truyền đi với năng lượng lên tới bảy nghìn tỷ vôn điện tử hoặc tốc độ lên tới 99,999999% so với ánh sáng. Từ LHC, chúng va chạm vào trung tâm của máy dò ATLAS, tạo ra các mảnh vỡ va chạm sau đó bay ra nhiều hướng. Mỗi giây, một tỷ tương tác hạt diễn ra trong máy dò ATLAS. Tuy nhiên, chỉ một phần triệu được gắn cờ là có khả năng khám phá. Những điều này sau đó được ghi lại để nghiên cứu thêm. Các hạt được theo dõi và xác định để điều tra các lý thuyết và hiện tượng vật lý, bao gồm nghiên cứu hạt Higgs và tìm kiếm vật chất tối.

Theo Hội đồng Cơ sở Khoa học và Công nghệ Vương quốc Anh, ATLAS là máy dò va chạm lớn nhất từng được chế tạo, với chiều dài 151 foot (46 mét), đường kính 82 foot (25 m) và trọng lượng 7.700 tấn, tương tự như trọng lượng của tháp Eiffel. Máy dò nằm trong một hang động ngầm dưới bề mặt 328 feet (100 m), gần với làng Meyrin ở Thụy Sĩ. Nó bao gồm một hệ thống từ trường khổng lồ, có dạng tám hạt toroid siêu dẫn có chiều dài 82 feet (25m).

Trang web thí nghiệm ATLAS tuyên bố rằng các vụ va chạm hạt diễn ra với tốc độ khoảng một tỷ mỗi giây. Những va chạm này tạo ra dữ liệu, được ghi lại bằng hơn 100 triệu kênh điện tử. Những điều này sau đó được phân tích bởi các nhà khoa học trên toàn thế giới. Sự hợp tác này là một trong những nỗ lực lớn nhất trong lĩnh vực khoa học, với hơn 5.500 thành viên và gần 3.000 tác giả khoa học.

Nhựt Thanh
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM