Tia laser mạnh nhất thế giới giải mã bí ẩn chân không

Một cơ sở sản xuất các chùm tia laser đủ mạnh để phân tính cấu trúc không gian (chân không) có thể được xây dựng ở Anh trong một dự án khoa học mới, nhằm giúp các nhà khoa học giải đáp các vấn đề cơ bản nhất về vũ trụ.

Sau dự án sản xuất máy gia tốc lớn nhất Large Hadron Collider (LHC), đây sẽ là thí nghiệm khoa học mới nhất, có quy mô lớn được các nhà vật lý đề xuất thực hiện, để tạo ra chùm tia laser mạnh nhất thế giới (UHF) có khả năng cho phép các nhà khoa học phân tích rõ kết cấu không gian – chân không.

Khác với suy nghĩ thông thường, thực tế chân không không phải là không có gì. Trái lại, nó chứa rất nhiều hạt nhỏ bí ẩn. Tuy nhiên những hạt này có tốc độ di chuyển quá nhanh nên các nhà khoa học rất khó có thể chứng minh sự tồn tại của chúng.

Dự án sản xuất ánh sáng có cường độ cực mạnh (ELI) sẽ tạo ra một tia laser có cường độ cao cho phép các nhà khoa học phát hiện ra những hạt tồn tại trong chân không lần đầu tiên. Các nhà khoa học còn tin rằng tia laser sẽ giúp họ chứng minh liệu có tồn tại thêm chiều nào nữa không (ngoài 3 chiều: dài, rộng, cao).

Những tia laser cực mạnh sẽ làm lộ các hạt trong chân không.

“Tia laser này được thiết kế mạnh hơn gấp 200 lần so với tia laser mạnh nhất hiện đang tồn tại. Với cường độ này, chúng tôi bắt đầu có thể khám phá những lĩnh vực vật lý mà trước đây chưa bao giờ nghiên cứu được.”, Giáo sư John Collier, người đứng đầu dự án ELI và là giám đốc của Trung tâm tia laser tại Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton ở Didcot, Oxfordshire, Anh cho biết.

Dự án ELI sẽ được hoàn thành vào cuối thập kỷ này với chi phí ước tính khoảng 1 tỷ bảng Anh. Tuy vẫn chưa xác định vị trí chính xác để xây dựng cơ sở sản xuất tia laser này, song nó có thể sẽ được xây ở Vương quốc Anh.

Năm nay, Ủy ban châu Âu cũng đã phê duyệt kế hoạch xây dựng ba cơ sở sản xuất tia laser khác trong dự án ELI và sẽ làm nguyên mẫu cho việc tạo ra tia laser có cường độ siêu mạnh. Ba cơ sở này dự kiến được xây dựng ở gần bờ biển Cộng hòa Séc, Hungary và Romania, mỗi cơ sở được đầu tư khoảng 200 triệu bảng Anh và dự kiến đi vào hoạt động trong năm 2015.

Cơ sở sản xuất tia laser này sẽ tạo ra 10 chùm tia, mỗi chùm tia mạnh gấp 2 lần các tia laser nguyên mẫu, có thể sản xuất 200 petawatt (1petawatt = một ngàn triệu triệu watt) năng lượng điện, mạnh hơn 100.000 lần công suất sản xuất điện của toàn thế giới trong thời gian ngắn dưới 1.000 tỉ giây (tức 0,0000000000001 giây).

Năng lượng lớn này sẽ tạo ra một chùm tia laser đủ mạnh để tồn tại trong không gian trong một thời gian nhất định, có thể tập trung vào một điểm siêu nhỏ, giống như ánh sáng mặt trời xuyên qua kính lúp. Tại điểm tập trung đó, ánh sáng tia laser có cường độ rất mạnh tạo ra một điều kiện hết sức khắc nghiệt đến nỗi ánh sáng ở trung tâm mặt trời cũng không thể tồn tại được.

Khi đó, quá trình làm lộ các hạt vật chất và phản vật chất bí ẩn trong chân không, cho phép các nhà khoa học phát hiện những hạt điện tích siêu nhỏ. Những hạt này còn được gọi là những "hạt ma" vì chúng thường biến mất ngay khi chúng xuất hiện.

Nhưng bằng cách sử dụng laser để kéo chúng ra xa nhau để chúng có thể đứng im tương đối trong một thời gian nhất định, các nhà vật lý tin rằng họ sẽ có thể phát hiện ra chúng. Xa hơn nữa, các nhà khoa học có thể giải quyết những bí ẩn của vũ trụ, trong đó có vấn đề “vật chất tối”.

Ngoài giúp khám phá vật lý, các nhà khoa học cho rằng cơ sở sản xuất tia laser có cường độ siêu mạnh cũng sẽ cung cấp các tia laser mới điều trị ung thư và chẩn đoán y tế.