Khoét rỗng núi xây dựng công trình 600 triệu USD, hơn 1/4 thế kỷ vẫn chưa hoàn thành

Một công trình đồ sộ đang được xây dựng ở một góc xa xôi của Nhật Bản, chi phí lên tới hơn nửa tỷ USD và sẽ là công trình lớn nhất thế giới thuộc loại này. Công trình trên cũng đã được phát triển hơn 20 năm, cao hơn 80m và rộng gần 70m, tuy nhiên, cấu trúc khổng lồ này lại không dễ bị phát hiện bởi nó ẩn sâu trong cảnh quan theo đúng nghĩa đen. Vậy đây là gì, tại sao Nhật Bản lại khoét rỗng núi để xây công trình?

Đầu tiên, hãy cùng tìm hiểu một chút về các hạt trong vũ trụ. Vũ trụ của chúng ta được tạo thành từ các hạt hạ nguyên tử nhỏ bé, chẳng hạn như quark, boson và loại nhỏ nhất trong số đó là neutrino. Neutrino hoạt động theo cách khá kỳ lạ. Chúng bay trong không gian nhưng không tương tác với vật chất khác. Hàng tỷ hạt đi qua cơ thể người mà không ảnh hưởng gì đến người đó. Nếu chúng ta hiểu điều đó xảy ra như thế nào, về cơ bản nó có thể thay đổi cách chúng ta nghĩ về vũ trụ.

Tuy nhiên, là những hạt nhỏ nhất vũ trụ cho nên chúng rất khó phát hiện. Một cách để phát hiện ra chúng là khiến các hạt lớn hơn va đập với nhau ở tốc độ cao và ghi lại phản ứng. Đó là những gì diễn ra trong máy gia tốc hạt lớn ở CERN.

Một cách khác để nghiên cứu chúng là lắng nghe, điều này nghe có vẻ dễ dàng. Nhưng để thu được kết quả lý tưởng, cần có một nơi xa xôi và thật yên tĩnh. May mắn thay, Nhật Bản có những không gian như vậy. Núi Nijuugo, được lựa chọn là nơi xây dựng Hyper-Kamiokande — một công trình thí nghiệm trị giá 600 triệu USD do Đại học Tokyo dẫn đầu và được các nhà nghiên cứu từ 21 quốc gia hỗ trợ.

Khi hoàn thành, đây sẽ là đài quan sát neutrino lớn nhất thế giới và là một kỳ tích ngoạn mục của ngành xây dựng Nhật Bản. Hyper-Kamiokande gồm một cấu trúc hình trụ khổng lồ khoét vào núi đá, được tiếp cận bằng một đường hầm ở phía trên và một đường hầm phụ ở chân đế. Với chiều cao 88m và rộng 69m, cấu trúc này đủ lớn để chứa toàn bộ một chiếc Boeing 747.

Kế hoạch xây dựng Hyper-Kamiokande đã bắt đầu hình thành từ năm 1999, sau đó, vào tháng 5/2021, sau hơn hai thập kỷ phát triển, đường hầm tiếp cận được khởi công. Sử dụng phương pháp khoan và nổ, các công nhân chỉ mất 9 tháng để đào đường hầm dài 2km, sau đó phun bê tông để tạo bề mặt mịn và ổn định hơn.

Đường hầm tiếp cận này dẫn đến trung tâm của nơi sẽ trở thành mái của đài quan sát. Vì đài quan sát nằm ở độ cao 681m dưới đỉnh núi, nhóm thi công tạo ra một cấu trúc hình vòm, sau đó gia cố bằng một giàn để chống đỡ trọng lượng khổng lồ của khối đá phía trên. Việc này được hoàn thành vào tháng 10 năm 2023 và hiện nhóm đã bắt đầu giai đoạn tiếp theo của dự án, đó chính là phá hủy lớp đá cao 71m để tạo ra hang động khổng lồ chứa đài quan sát.

Đá là công việc vất vả đối với các đội xây dựng, nhưng nó lại là thứ khiến địa điểm này trở nên lý tưởng để phát hiện neutrino. Mật độ của khối đá tương đương với đài quan sát ở độ sâu 1,7km dưới bề mặt đại dương. Đây không phải là vấn đề đối với hạt neutrino, chúng có thể đi qua toàn bộ hành tinh một cách dễ dàng. Nhưng điều kiện xây dựng như vậy lại mang khả năng cách ly tốt khỏi các tia vũ trụ và các bức xạ nền khác, những yếu tố có thể phá hỏng thí nghiệm này.

Quá trình khoan sẽ hoàn thành vào năm 2025 nhưng tại thời điểm đó vẫn còn một chặng đường dài trước khi nó có thể phát hiện được một hạt hạ nguyên tử. Đầu tiên, bên trong hang sẽ được lót hai lớp bê tông và quan trọng nhất là lớp chống thấm. Đó là bởi vì hang động này được dự đoán sẽ trở thành bể chứa nước lớn nhất thế giới. Khi hoàn toàn kín nước, 260 triệu lít nước sẽ được bơm vào hang động khổng lồ này, lớn hơn gần bốn lần rưỡi so với thủy cung lớn nhất thế giới tại Seaworld Abu Dhabi.

Khi neutrino đi qua bể, thỉnh thoảng chúng sẽ va chạm với các electron, phát ra ánh sáng yếu, gọi là bức xạ Cherenkov. Cấu trúc này được thiết kế để quan sát bức xạ này, nhưng để làm được điều đó nó cần một thiết bị quan trọng khác. 40.000 bộ tách sóng quang đang được chế tạo để lót bên trong hang động. Sau khi được lắp đặt, những cảm biến này sẽ hoạt động như một chiếc máy ảnh khổng lồ ghi lại các dấu vết ánh sáng mờ nhạt do bức xạ Cherenkov phát ra.

Bộ tách sóng quang trong Super-Kamiokande rất nhạy. Các cảm biến được chế tạo cho Hyper-Kamiokande có độ nhạy gần gấp đôi so với cảm biến này và cũng được sản xuất để chịu được trọng lượng khổng lồ 260.000 tấn nước.

Quá trình xây dựng dự kiến ​​sẽ hoàn thành vào năm 2026 và Hyper-Kamiokande sẽ bắt đầu dò hạt neutrino và thực hiện các thí nghiệm khác vào năm 2027. Về tính ứng dụng, nếu chúng ta từng trải nghiệm các kỹ thuật chụp y tế hoặc được chẩn đoán các khối u, hãy cảm ơn vật lý hạt.

Lĩnh vực này cũng góp phần mang lại những đột phá về y học khi giúp con người phát triển cách điều trị ung thư, AIDS và vô số loại thuốc khác, đồng thời mang lại kiến thức sâu hơn về động lực học chất lưu, giúp xây dựng các đường ống dài và cho dự báo thời tiết chính xác hơn.