Ngành khoa học vật lý hạt Mỹ cảm ơn những cống hiến của cô chồn sương giúp vệ sinh máy gia tốc

  •   53
  • 871

Tháng 2/1971, các nhà vật lý học công tác tại Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia đặt tại Illinois, Hoa Kỳ, đang bắt đầu tiến hành thử nghiệm cỗ máy lớn nhất thế giới ở thời điểm bấy giờ: một máy gia tốc hạt proton synchrotron có hình tròn với công suất 200 tỷ electro volt (billion electro vol - BeV, đơn vị đo mức năng lượng của hạt hạ nguyên tử).

Giám đốc dự án Bob Wilson hứa hẹn với Bộ Năng lượng Hoa Kỳ rằng ông có thể đưa máy vào hoạt động trong vòng 5 năm với số vốn 250 triệu USD, và thời điểm khởi động máy lần đầu đã là 4 năm sau lời hứa của Wilson. Họ lập tức gặp trở ngại: nam châm, phần thiết yếu của cỗ máy, liên tục trục trặc. Thất bại trong ứng dụng công nghệ cao để sửa máy, nhóm nghiên cứu tìm tới phương pháp “low-tech”: một con chồn sương có tên Felicia.

Chồn sương Felicia giúp vệ sinh máy.
Chồn sương Felicia giúp vệ sinh máy.

Thời đó, Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia (mà ngày nay được biết tới với cái tên Fermilab) sở hữu một chuỗi máy gia tốc hạt: một máy gia tốc tuyến tính (linac), một máy gia tốc, một vòng tái chế và một vòng phóng hạt chính. Thiết bị linac cung cấp tia proton và năng lượng đầu vào nhằm thực hiện nghiên cứu, máy gia tốc tăng tốc tia bắn ra, vòng tái chế gom các proton lại thành một tia cực mạnh, và vòng phóng hạt sẽ đưa tia proton lên tốc độ cận tốc độ ánh sáng.

Hạt sẽ bay qua một loạt những cơ sở nghiên cứu, và sẽ được va vào nhau hoặc vào những mục tiêu có sẵn. Một máy phát hiện hạt sẽ quan sát quá trình va chạm, xem hạt sẽ vỡ ra thành thứ gì và liệu có hạt mới hình thành sau quá trình va chạm. Tất cả những mảnh văng ra sau quá trình thử nghiệm gia tốc hạt đều là những thành tố cơ bản của Vũ trụ. Thiết bị vòng có chiều dài lên tới 6,4 km được bọc ngoài bởi nam châm, có khả năng điều hướng và tụ tia bay bên trong máy gia tốc.

Mỗi một nam châm dài tới 6 mét và nặng tới 13 tấn. Ở những buổi chuẩn bị ban đầu, chỉ hai nam châm trục trặc do lớp bọc ngoài cuộn dây đồng bị hỏng. Dần dần, tốc độ hỏng 2 chiếc/ngày khiến thí nghiệm đình trệ, và đội ngũ đã phải thay thế tổng cộng 350 nam châm tất cả.

Vậy mà vào ngày 30/6/1971, họ cũng đã gửi thành công tia đầu tiên: nó đã hoàn thành được một vòng quanh máy gia tốc. Tới tháng 8 cùng năm đó, họ đã có thể đưa tia bay được quanh máy gia tốc 10.000 lần. Nhưng khi cố gắng đẩy hạt lên ngưỡng trên 7 BeV, nam châm lại gặp trục trặc.

Cuối cùng, nhóm nghiên cứu cũng nhận ra vấn đề: những mảnh kim loại vương vãi trong ống sẽ bay lơ lửng khi nam châm hoạt động, và những mảnh vụn này ngăn đường bay của tia hạt. Vậy làm sao để quét hết được số kim loại vụn bây giờ?

Ông Robert Sheldon, một kỹ sư người Anh đặt chân tới Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia để tìm ra “một giải pháp nhanh gọn và tiết kiệm”, đã đề xuất nhóm nghiên cứu sử dụng một con chồn sương gắn trên mình thiết bị lau chùi. Khi nó chui qua ống, những mảnh vụn kim loại sẽ theo con chồn chui ra ngoài.

Felicia, con chồn cái tới từ một trang trại ở Gaylord, Minnesota dài 38 cm là cá thể nhỏ nhất mà khu nuôi chồn sở hữu. Nhóm nghiên cứu tại NAL mua Felicia về với giá 35 USD.

Các nhà khoa học quyết định cho Felicia “học việc” trước khi thực hiện dự án lớn
Các nhà khoa học quyết định cho Felicia “học việc” trước khi thực hiện dự án lớn

Họ đeo vào cổ con chồn một vòng đặc biệt, mặc tã cho nó bởi lẽ phân chồn cũng có thể chặn đường bay của tia hạt. Trên vòng cổ của Felicia là một sợi dây dài, một đầu nối với vật dụng lau chùi; các nhà khoa học dự định lùa Felicia qua một đường hầm tăm tối dài tới 6,4 km. Con chồn từ chối làm việc, có lẽ là sợ quãng đường quá dài trước mặt.

Vậy nên các nhà khoa học quyết định cho Felicia “học việc” trước khi thực hiện dự án lớn. Đầu tiên, họ cho con chồn chạy xuyên suốt một ống dài 91 mét mà sau này sẽ được lắp với máy gia tốc hạt. Felicia hoàn thành chặng đường dài, dù mệt lả nhưng tất cả 7 nhiệm vụ lau chùi ống đều đã thành công: nhưng mảnh vụn trong ống đã theo con chồn ra ngoài. Khi công chúng biết tới những thành công của Felicia trong việc cọ rửa ống kim loại làm thí nghiệm, họ đã tỏ ý nguyện muốn tìm cho cô chồn một tấm chồng xứng đáng. Tuy nhiên các nhà khoa học nói rằng nếu Felicia mang thai, nó sẽ mất việc do không chui vừa ống nữa.



Trong khi đó, kỹ sư Hans Kautzky cộng tác với dự án đã tạo ra một thiết bị được đặt tên là “chồn sương nam châm” để xử lý vụn kim loại vương trong ống của máy gia tốc hạt lớn. Ông nối hơn chục đĩa nhựa vào một cọc thép, gắn vào một sợi cáp thép không gỉ dài 700 mét - dài tương tự dây buộc cổ Felicia, một đầu cáp được gắn nam châm vĩnh cửu. Dùng khí nén, Hans Kautzky phóng “chồn sương nam châm” dọc ống của máy gia tốc và nhận được kết quả rất khả quan.

“Với 12 lần bắn, tôi đã cho thiết bị chạy hết chiều dài máy. Cách này có thể dọn được khá sạch ống, dù rằng chưa hoàn hảo”. Chí ít, nỗ lực của kỹ sư Kautzky là đủ để các nhà nghiên cứu tiếp tục thử nghiệm với máy gia tốc, và rồi đạt mục tiêu 200 BeV.

Những cống hiến của Felicia cho ngành vật lý hạt là không nhỏ.
Những cống hiến của Felicia cho ngành vật lý hạt là không nhỏ.

Felicia được cho nghỉ hưu. Và khi con chồn sương trở bệnh, người ta đã nghĩ tới việc nhồi bông nó và đưa vào bảo tàng, như một cách lưu giữ những công lao của con vật bé xinh. Tuy nhiên, sau khi Felicia lìa đời vào ngày 9/5/1972, không một ghi chép nào cho thấy con chồn đã được nhồi bông. Đã có người cố gắng liên hệ với những nhà khoa học từng làm việc trong dự án máy gia tốc hạt, nhưng nhiều người cũng không còn trên cõi đời này, không ai rõ chuyện gì xảy ra sau khi Felicia qua đời.

Nhưng dù không ai biết chuyện gì xảy ra với cô chồn sương, những cống hiến của Felicia cho ngành vật lý hạt là không nhỏ. Felicia may mắn được chọn để cộng tác, và nó đã hoàn thành mọi công việc được giao, và cũng đã có cho mình một khoảng thời gian nghỉ hưu đáng nhớ tại một trang trại chồn. Họa chăng một ngày nào đó, chúng ta sẽ tìm ra được thêm hạt mới và rồi đặt tên nó là Felicia.

Cập nhật: 02/06/2021 Theo Pháp luât và bạn đọc
  • 53
  • 871

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook