Tia vũ trụ - niềm hạnh phúc của GS Cronin

Với phát minh vật lý nổi tiếng năm 1964, GS Cronin và đồng sự đã mở ra một tầm nhìn bất tận cho loài người về thế giới tự nhiên xung quanh, từ vật chất và phản vật chất cho tới các tia vũ trụ năng lượng cao...

Vài nét về James Watson Cronin

James Watson Cronin sanh ngày 29/9/1931 tại Chicago, Illinois (Mỹ). Cha ông là James Farley Cronin, nghiên cứu sinh ngôn ngữ cổ điển ở ĐH Chicago và từ 1939 là giáo sư tiếng La tinh, Hy Lạp ở ĐH Southern Methodist. Mẹ ông là Dorothy Watson, đã gặp cha ông ở ĐH Northwestern trong một lớp tiếng Hy Lạp. 1951: Tốt nghiệp toán và vật lý ĐH Southern Methodist, Dallas, Texas. Thành tích của ông: - 1953: Thạc sĩ, ĐH Chicago. - 1955: Tiến sĩ vật lý, ĐH Chicago. - 1952-1955: Thành viên Tổ chức Khoa học quốc gia. - 1955-1958: Nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven. - 1958-1964: Trợ giảng vật lý, ĐH Princeton. - 1964-1971: GS vật lý, ĐH Princeton. - Từ 1971: GS vật lý, ĐH Chicago. 1980: Giải Nobel Vật lý (cùng Van Logsdon Fitch). Hiện là giáo sư danh dự ĐH Chicago; người phát ngôn của Dự án Pierre Auger; thành viên Viện Khoa học quốc gia Mỹ, Viện Khoa học và Nghệ thuật Mỹ, Hội Vật lý Mỹ.

GS James W. Cronin tự coi bản thân là một trong những người may mắn và mãn nguyện nhất trên thế giới. ''Khi tôi tự hỏi những người nào hạnh phúc nhất trên Trái đất? Câu trả lời của tôi là những người không thể đợi đến khi thức giấc vào buổi sáng để trở lại công việc đang dang dở của họ ngày hôm trước'', Cronin nói.

Cronin bắt đầu quan tâm tới khoa học khi còn là sinh viên ĐH Nam Methodist (Dallas, Texas). Sau đó, ông trở lại Chicago để theo học lấy bằng tiến sĩ tại ĐH Chicago, Illinois. Năm 1955, ông tới Brookhaven với tư cách là nghiên cứu sinh. Chính tại Brookhaven, Cronin đã gặp Val L.Fitch.

Nhóm nghiên cứu Cronin - Fitch đã mô tả một hiện tượng giải thích tại sao vũ trụ của chúng ta chủ yếu là vật chất chứ không phải là sự cân bằng của vật chất và phản vật chất. Một bài báo về vấn đề này đã được công bố năm 1964. Tuy nhiên, mãi cho tới năm 1984 giới khoa học mới nhận ra tầm quan trọng của khám phá trên và Giải Nobel đã được trao cho công trình nghiên cứu này.

Cronin tiếp tục nghiên cứu về vấn đề trên cho tới năm 1971 khi công rời Princeton tới ĐH Chicago. Mối quan tâm của ông chuyển dần sang vật lý hạt. Các thí nghiệm về vật lý hạt ''thật tuyệt vời và có ý nghĩa quan trọng. Tôi muốn đo chúng với độ chính xác cao. Con người hiểu biết rất ít, tới mức tôi đã quyết định phải xây dựng một thứ gì đó. Đó chính là sự ra đời của Dự án quốc tế Auger''.

Tia vũ trụ

GS Cronin được cộng đồng khoa học thế giới rất ngưỡng mộ bởi thí nghiệm “để đời” năm 1964 về “bất đối xứng hạt và phản hạt K-mezon trung hòa”, một phát hiện đã đem lại cho ông Giải Nobel Vật lý năm 1980.

Hiện tại ông Cronin đang lãnh đạo Pierre Auger - một dự án tầm cỡ thế giới nhằm tìm kiếm nguồn gốc của các tia vũ trụ (cosmic rays) năng lượng cao nhất. Dự án hiện có sự hợp tác của hơn 250 nhà khoa học trên khắp thế giới, trong đó có Việt Nam. Website của Dự án Pierre Auger là www.auger.org.

Mong muốn làm sáng tỏ những bí ẩn của các tia vũ trụ đã thúc đẩy nhà vật lý hiện đã 75 tuổi này, chu du vòng quanh thế giới để thuyết phục 18 quốc gia và một nhóm nhà khoa học tham gia vào dự án xây dựng các đài quan sát trị giá 150 triệu đôla tại Argentina và hạt Millard (bang Utah, Mỹ).

Theo thiết kế của Dự án Auger, chỉ có một đài quan sát chưa đủ mà phải có hai đài ở hai đầu Trái đất vì cần phải theo dõi cùng lúc toàn bộ bầu trời. Trong trường hợp đối xứng nhất thì phải đặt Đài thiên văn ở hai cực Trái đất.

Tuy nhiên, phương án thực tế là chọn một địa điểm ở Nam bán cầu và một điểm tại Bắc bán cầu. Cuối cùng, cao nguyên ở Argentina và bang Utah ở Mỹ đã được lựa chọn.

Từ năm 1998 tới nay, đã có khoảng trên 400 trạm được lắp đặt tại Đài quan sát phía Nam và hai trạm mắt ruồi. Chỉ cần có 30 trạm đầu tiên vận hành, người ta đã bắt đầu thử đo các mưa rào khí quyển diện rộng. Năm 2003 đánh dấu bước ngoặt khi Dự án Auger đạt quy mô rộng lớn hơn các dự án khác và từ đó bắt đầu cung cấp những số liệu khoa học mới mẻ về các tia năng lượng cao nhất.

Dự định trong hai - ba năm tới, toàn bộ các trạm ở Nam bán cầu sẽ được lắp đặt xong và trạm ở Bắc Mỹ cũng sẽ được khởi công xây dựng.

Theo dữ liệu cập nhật mới nhất, hiện đã có vài chục số liệu đo về mức năng lượng rất cao, trên 1019eV. Đặc biệt là trong tháng 5/2004, các máy dò đã dò được mức năng lượng 1020eV - mục tiêu của Auger. Các hạt tia vũ trụ càng ở mức năng lượng cao thì số lượng càng ít.

Có một giả thuyết là sau mức 1019e và 1020eV, phổ này sẽ bị cắt mất, tức là hầu như không còn hạt năng lượng cao hơn.

Tuy nhiên, trong mấy chục năm nay, giới khoa học vẫn đo được một số hạt song độ tin cậy không cao. mục tiêu của Dự án Auger là xác định có phải phổ của tia vũ trụ đến đó là hết hay không...

Đài Auger sẽ có tổng cộng 1.600 bình nước. Mỗi bình chứa 14.000 lít nước là một trạm dò hạt với đường kính 3,6m và cao 1,2m. Nó hoàn toàn tối đen bên trong, ngoại trừ khi các hạt năng lượng đi qua. Khi các hạt có điện tích (như muon, electron hoặc hadron) bay xuyên qua trạm dò với vận tốc nhanh hơn ánh sáng trong môi trường nước, chúng sẽ phát quần sáng Cherenkov có định hướng. Lượng ánh sáng đó được đo bằng ba ống nhân quang có đường kính 25cm bên trên trạm dò quy tụ và truyền tín hiệu về bộ xử lý. Một trận mưa sẽ làm bùng nổ ánh sáng đồng thời ở năm bình hoặc nhiều hơn. Lượng ánh sáng dò được tiết lộ năng lượng của tia vũ trụ sơ cấp. Sự khác biệt nhỏ về số lần dò tại nhiều vị trí bình quyết định hướng tới của tia vũ trụ so với mặt phẳng Trái đất.

Minh Sơn (tổng hợp từ Internet)