Mỹ đang chủ trì xây dựng một "phòng lạnh khổng lồ" sâu nghìn mét dưới lòng đất, đủ lớn để chứa hơn 50.000 tấn argon lỏng và giữ ở nhiệt độ cực lạnh ở -186 độ C trong suốt 20 năm để phục vụ thí nghiệm vật lý hạt lớn nhất thế giới mang tên DUNE (Thí nghiệm Neutrino Dưới lòng đất Sâu).
Khi hoàn thiện, DUNE sẽ trở thành máy dò neutrino bằng argon lỏng lớn nhất và tiên tiến nhất hành tinh. Công trình này được hàng nghìn nhà học, kỹ sư từ 36 quốc gia góp phần thực hiện.
Thành tựu phi thường
Để xây DUNE, người ta phải bắt đầu từ việc "chui xuống lòng đất sâu nghìn mét".
Bộ Năng lượng Mỹ cho biết, từ năm 2021, các đội kỹ sư, xây dựng đã làm việc ở độ sâu 1.222 mét dưới lòng đất tại Cơ sở Nghiên cứu Dưới lòng đất Sanford (bang South Dakota) nơi từng là mỏ vàng cũ để chuẩn bị không gian cần thiết cho thí nghiệm.
Hai hang động khổng lồ, mỗi hang dài hơn 150 mét và cao 7 tầng, đã được hoàn thành để chứa các mô-đun dò hạt khổng lồ cho DUNE. Hang động thứ ba sẽ chứa các tiện ích phục vụ hoạt động của máy dò DUNE ở xa. Ảnh: Ryan Postel/Fermilab
Chỉ riêng công tác khai quật đã mất 3 năm (2021-2024). Hơn 800.000 tấn đất đá đã được khai quật và di chuyển từ dưới lòng đất lên. Để thực hiện được điều này, các đội xây dựng đã tháo dỡ các thiết bị hạng nặng, di chuyển chúng xuống sâu dưới lòng đất, rồi lắp ráp lại. Sau đó họ cho tiến hành nổ mìn và di chuyển gần 1 triệu tấn đất đá lên mặt đất.
Quan chức Bộ Năng lượng Mỹ năm 2024 cho biết: "Đây là một kỳ tích kỹ thuật hiếm có, một thành tựu phi thường xét đến tính chất của việc khai quật dưới lòng đất".
Vượt qua thách thức môi trường
Tính đến 4/2/206, Mỹ và các đối tác quốc tế đang tiến hành thuận lợi trong việc xây dựng các mô-đun dò hạt khổng lồ cho DUNE. Hai mô-đun đầu tiên của máy dò DUNE ở vùng xa dự kiến sẽ đi vào hoạt động vào năm 2032.
Bên trong thiết bị dò protoDUNE. Ảnh: Max Brice/CERN
Trước khi xây dựng công trình có "1-0-2" này, Bộ Năng lượng Mỹ đã tiến hành đánh giá môi trường toàn diện, bao gồm cả quá trình xây dựng, vận hành, và kết luận rằng dự án không gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người hay môi trường tự nhiên ở các khu vực liên quan.
Hệ thống làm lạnh khổng lồ sử dụng argon lỏng và nitơ lỏng được thiết kế là hệ thống kín hoàn toàn, không xả thải ra môi trường. Argon là khí trơ, không phản ứng hóa học, và toàn bộ quá trình tuần hoàn để giữ nhiệt độ cực thấp được kiểm soát chặt chẽ.
Việc đào hầm và xây dựng đã di chuyển khoảng 800.000 tấn đá, nhưng đá được xử lý và đặt lại ở khu vực mỏ cũ, không gây ô nhiễm lớn.
Tổng thể, DUNE được xếp vào loại không có tác động đáng kể.
DUNE được tổ chức bởi Phòng thí nghiệm Gia tốc Quốc gia Fermi thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, và hơn 1.000 nhà khoa học và kỹ sư từ 35 quốc gia trải rộng trên 5 khu vực – Châu Phi, Châu Á, Châu Âu, Bắc Mỹ và Nam Mỹ – đang tham gia vào việc phát triển, thiết kế và xây dựng các thiết bị dò DUNE.
Thí nghiệm này nhằm mục đích tìm hiểu bản chất của Neutrino – những hạt gần như không có khối lượng, có thể giúp trả lời các câu hỏi cơ bản như "Tại sao Vũ trụ lại có nhiều vật chất hơn phản vật chất?".
Việc hoàn thành DUNE sẽ đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong việc tìm hiểu về neutrino và biết thêm về vũ trụ của chúng ta nói chung - Đây chính là "kho báu" tri thức mà nhân loại cần khám phá.
