Trung Quốc sắp xây dựng máy gia tốc hạt giá 618 triệu Đô, công nghệ hiện đại bậc nhất thế giới

Nhằm thử nghiệp mô hình chuẩn của vật lý hạt theo một cách chi tiết nhất, giới khoa học Trung Quốc đang có kế hoạch xây dựng một máy gia tốc hạt mới. Họ đang nghiên cứu để phát triển loạt công nghệ quan trọng dành cho Cơ sở siêu tau - charm (STCF) có giá trị lên tới 618 triệu Đô, theo dự kiến máy có thể bắt đầu được xây dựng trong vòng 3 năm nữa.

Các nhà khoa học sẽ hiểu sâu hơn về cách hình thành cấu trúc vật chất lớn hơn thông qua lượng hạt hạ nguyên tử khổng lồ gọi là tau lepton và charm quark được sản xuất từ máy gia tốc.

Nhà khoa học đứng đầu dự án Zhao Zhengguo ở Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc cho biết: "STCF sẽ cho phép Trung Quốc dẫn đầu thế giới về vật lý tau - charm và công nghệ liên quan trong hàng thập kỷ tới… Cơ sở cũng sẽ giải quyết những vấn đề khoa học cao cấp như bản chất của liên kết mạnh và tại sao vũ trụ gồm phần lớn là vật chất thay vì phản vật chất".

Cơ chế hoạt động của STCF đó chính là gia tốc electron và phản hạt của nó là positron gần tới vận tốc ánh sáng, sau đó để chúng va đập vào nhau để sản sinh hàng loạt hạt hạ nguyên tử. Các nhà khao học sẽ tái hiện được lại quá trình phản ứng từ đường bay, năng lượng và điện tích của hạt hạ nguyên tử.

Máy gia tốc electron positron Bắc Kinh (BEPC), hoạt động từ năm 1990 giúp giới khoa học phát hiện được những điều quan trọng như đo chính xác khối lượng hạt tau hay cách đây không lâu cỗ máy được sử dụng để nghiên cứu các hạt dường như chứa 4 quark hoặc nhiều hơn. STCF được xây ở miền nam Trung Quốc, được ví như phiên bản mở rộng tự nhiên của BEPC.

Thiết kế của STCF lớn gấp đôi nhà máy tau - charm ở Bắc Kinh về quy mô với máy gia tốc thẳng của cơ sở dài 400 m, hai vòng lưu trữ electron và positron có chu vi khoảng 800 m.

Theo nhóm nghiên cứu quốc tế đến từ Trung Quốc, Mỹ, Nga, Hàn Quốc và vài nước châu Âu khác, chỉ trong vòng 3 ngày cơ sở siêu tau - charm sẽ tăng tỷ lệ va chạm lên gấp 100 lần giúp thu thập lượng dữ liệu bằng BEPC thu thập trong cả năm.

Nhằm kiểm soát tốt va chạm bên trong STCF, nhà khoa học đứng đầu dự án Zhao và các cộng sự đang nghiên cứu để phát triển loạt công nghệ quan trọng như nguồn electron và positron công suất cao, nam châm siêu dẫn, máy dò độ chính xác cao và thiết bị điện đọc tín hiệu siêu nhanh/siêu yếu với kế hoạch dự kiến hoàn thành vào cuối năm 2025 và sẽ xây dựng máy gia tốc trong giai đoạn 2026 - 2030.

Để giải quyết vấn đề công nghệ, 57,8 triệu USD được chính quyền địa phương chi trả cho nhóm nghiên cứu, một số địa điểm vô cùng tiềm năng để xây dựng STFC bao gồm Hợp Phì (tỉnh An Huy), Thiệu Hưng (tỉnh Chiết Giang) và Trịnh Châu (tỉnh Hà Nam).