2010 là năm bản lề của ngành nghiên cứu hạt nhân

Năm 2010 được giới chuyên gia đánh giá là năm bản lề của ngành vật lý hạt nhân thế giới, bởi nhiều thí nghiệm quan trọng đã mở rộng đáng kể giới hạn nghiên cứu vật chất và vũ trụ. Tâm điểm của bước tiến ấy là Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu, thường gọi là CERN, đặt trụ sở tại Geneva, Thụy Sĩ. Tại đây, các nhà khoa học vận hành Máy Gia tốc Hạt lớn, hay LHC, thiết bị có công suất lớn nhất thế giới vào thời điểm đó. LHC được đưa vào hoạt động lần đầu tiên vào mùa Thu năm 2008, nhưng một sai sót kỹ thuật nghiêm trọng đã buộc công trình phải dừng lại để sửa chữa. Các nhà nghiên cứu mất hơn một năm khắc phục sự cố, kiểm tra hệ thống, rồi chuẩn bị lại cho những thí nghiệm có quy mô chưa từng có. Đến tháng 11/2009, LHC chính thức hoạt động trở lại, đánh dấu bước khởi động mới cho chương trình khám phá những điều kiện cực đoan của vật chất. Tháng Ba năm 2010, các nhà khoa học CERN lần đầu tiến hành thành công thí nghiệm va chạm giữa những proton trong LHC, tạo ra mức năng lượng cực lớn. Sự kiện này gây chấn động giới khoa học, vì nó chứng minh cỗ máy khổng lồ có thể đưa các hạt cơ bản vào những điều kiện chưa từng được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Những kết quả ban đầu đồng thời mở ra cơ hội khảo sát sâu hơn quá trình hình thành vật chất và các bí ẩn gắn với nguồn gốc vũ trụ. LHC đạt tốc độ gia tốc lên tới 7 TeV, tức 7 teraelectron volt, đưa các nhà vật lý CERN tiến vào những lĩnh vực trước đó chưa thể khám phá trực tiếp. Để hình dung tương quan năng lực, máy gia tốc Fermilab tại Chicago, thiết bị được xem là đối thủ cạnh tranh đáng chú ý, khi ấy chỉ đạt công suất cao nhất 2 TeV. Khoảng cách về năng lượng không chỉ thể hiện quy mô kỹ thuật, mà còn quyết định phạm vi hiện tượng vật lý các nhà khoa học có thể quan sát. Sau những thí nghiệm với proton, CERN tiếp tục thực hiện các vụ va chạm giữa những ion chì trong LHC, nhằm tái tạo dạng vật chất từng tồn tại ở giai đoạn đầu của vũ trụ. LHC nằm ngầm dưới lòng đất, trong một đường hầm hình tròn có chu vi xấp xỉ 27km, chạy qua khu vực biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ. Vị trí đặc biệt cùng kích thước khổng lồ của đường hầm giúp các chùm hạt di chuyển trong điều kiện được kiểm soát trước khi va chạm ở năng lượng cực cao. Tháng 11/2010, CERN công bố đã tạo ra dạng vật chất tương tự vật chất tồn tại trong thời kỳ đầu hình thành vũ trụ, thông qua các vụ va chạm giữa ion chì. Những va chạm này tạo ra nhiệt độ cao hơn 100.000 lần so với nhiệt độ tại tâm Mặt Trời, đủ làm vật chất nóng chảy trong thời gian cực ngắn. Môi trường khắc nghiệt ấy cung cấp cơ hội hiếm có để giới nghiên cứu khảo sát trạng thái vật chất cổ xưa, vốn chỉ xuất hiện trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ. Theo CERN, dữ liệu thu được từ thí nghiệm ion chì cần tiếp tục được phân tích, vì những thông tin này có thể giúp giải mã thêm các bí ẩn về vật chất và vũ trụ. Các nhà khoa học không chỉ quan tâm việc tạo ra trạng thái vật chất đặc biệt, mà còn muốn hiểu cách nó hình thành, biến đổi, rồi chuyển sang những dạng quen thuộc hơn. Mỗi kết quả đo lường từ LHC vì thế trở thành một mảnh ghép quan trọng trong nỗ lực dựng lại lịch sử vật chất từ thuở sơ khai. LHC tạm ngừng hoạt động vào mùa Đông năm 2010, sau một năm ghi dấu nhiều thí nghiệm nổi bật và những cột mốc quan trọng của vật lý hạt nhân. Sau hai tháng nghỉ Đông, bộ máy được mệnh danh là huyền thoại này dự kiến vận hành trở lại để tiếp tục chương trình nghiên cứu. Trong những năm tiếp theo, LHC sẽ từng bước được nâng cấp, hướng tới công suất tối đa 14 TeV, qua đó mở rộng hơn nữa khả năng khám phá các quy luật nền tảng của tự nhiên.