Cuối tháng 12 vừa rồi, một cỗ máy kỳ bí tại Nam Cực
đã được các nhà khoa học hoàn tất. Họ đã khoan sâu xuống lòng băng của
nơi đây để đưa 5.160 cảm biến xuống độ sâu hơn 1,6km. Chúng sẽ có nhiệm
vụ “bắt” lấy các hạt neutrino để giải một trong các bài toán bí ẩn nhất
về vũ trụ.

Trạm quan sát neutrino mang tên IceCube sẽ săn tìm
các hạt siêu nhỏ vốn rất phổ biến trong vũ trụ nhưng lại mang trong mình
những tính năng rất lạ lùng. Mỗi giây, hàng tỉ tỉ hạt neutrino đi xuyên
qua người chúng ta mà không gây ra bất cứ hiệu ứng gì.

Chúng trút xuống Trái Đất như một cơn mưa, xuyên
qua khí quyển, mặt đất và tiếp tục cuộc hành trình trong vũ trụ. Người
ta thậm chí còn phỏng đoán rằng có những hạt neutrino vẫn đang tiếp tục
di chuyển kể từ khi chúng được sinh ra trong vụ nổ lớn Big Bang.

Các hạt neutrino không mang điện và có khối lượng
nghỉ cực kỳ nhỏ bé, tới mức chúng luôn chuyển động với tốc độ gần ngang
với tốc độ ánh sáng.

Người ta thường gọi chúng là “bóng ma” do neutrino
có khả năng tương tác quá yếu, đồng nghĩa với khả năng đâm xuyên rất
cao. Người ta coi neutrino là một trong những thành phần quan trọng của
vật chất tối, loại vật chất được cho là chiếm tới 70% khối lượng toàn vũ
trụ nhưng hiện nay chúng ta vẫn chưa thể quan sát được.

Con người đã tìm nhiều cách để “tóm” lấy neutrino.
Chúng ta từng xây dựng nhiều cỗ máy ở sâu dưới lòng đất nhằm thực hiện
điều này. Một trong những cỗ máy ấn tượng nhất là cỗ máy ở Nhật Bản và
cỗ máy được đặt ở một mỏ niken sâu tới 2km tại Canada.

IceCube được giao nhiệm vụ tìm các hạt neutrino
mang năng lượng cao, loại hạt phun ra từ các vụ nổ khổng lồ. Cỗ máy lớn
này có giá 279 triệu $ và các cảm biến của nó nằm trong một phạm vi lên
tới 1km khối, lớn gấp 1.000 lần cỗ máy Super-Kamiokande ở Nhật Bản.

Dù không được nhạy như cỗ máy của người Nhật nhưng
các nhà khoa học hy vọng rằng nhờ kích thước lớn, IceCube sẽ “tóm” được
dấu vết của các hạt neutrino khi chúng tương tác với hạt nhân của nước.

Các cảm biến của IceCube sẽ phát ra một tia sáng
xanh mỗi khi các hạt neutrino tương tác với nước. Băng ở Nam Cực rất
tinh khiết và nhờ đó, các nhà khoa học có thể chắc chắn rằng neutrino sẽ
chỉ “đụng” phải nước thay vì các tạp chất khác.

Lớp băng dày ở Nam Cực giúp tăng cơ hội các hạt
neutrino va chạm hơn và đây cũng là lý do khiến người ta phải dày công
khoan sâu xuống lớp băng này như vậy.

Không giống như đa số các thí nghiệm vật lý khác,
IceCube đã bắt đầu thu nhận dữ liệu ngay khi nó còn đang trong quá trình
xây dựng.

Từ năm 2005, cỗ máy đã chứng kiến các hạt neutrino
mang năng lượng lên tới 1 tỉ tỉ electron-volt, gấp 7 lần năng lượng sinh
ra từ sự va chạm giữa các hạt proton tại Cỗ máy Gia tốc hạt lớn ở gần
Geneva, Thụy Sĩ. Cũng cần nói thêm rằng cỗ máy gia tốc hạt đó là nơi
người ta thử nghiệm tạo ra lỗ đen mini.

Các nhà vật lý học thiên thể có một danh sách các
câu hỏi dài chờ IceCube giải đáp trong quãng thời gian hoạt động ước
tính khoảng 15 năm của nó. Chẳng hạn, họ tin rằng các vụ nổ sao siêu mới
giúp tăng tốc các hạt proton nhưng hiện vẫn chưa có bằng chứng để chứng
minh. Khi quan sát các hạt neutrino mang năng lượng cao xuất phát từ
các vụ nổ đó cùng với các hạt proton, người ta có thể chứng thực giả
thuyết đó.