Những cỗ máy khoa học khổng lồ nhất

[hanhtinhxanh_ngoisao_odon]

Nhằm hiểu biết hơn về vũ trụ rộng lớn và phức tạp, các nhà khoa học đã sáng tạo ra đủ những cỗ máy khoa học vĩ đại. Càng những công trình lớn lại càng cần thời gian, chi phí và nguồn nhân lực khổng lồ của nhiều quốc gia hợp tác.



Dưới đây là 10 cỗ máy khoa học khổng lồ của thế giới được đăng tải trên
tạp chí Popsci. Theo Popsci bảng xếp hạng này được lựa chọn trên những
tiêu chí về chi phí xây dựng, ngân sách hàng năm, số lượng nhân viên vận
hành, qui mô kích cỡ dự án, mục đích của dự án cũng như tính thiết thực
cho đời sống thường nhật.

10. Cỗ máy thời gian tiết lộ nguồn gốc vũ trụ RHIC

[You must be registered and logged in to see this image.]

Trung tâm Máy va chạm ion nặng tương đối tính (RHIC) đi vào hoạt động từ
năm 2000, với chi phí xây dựng 671 triệu USD, ngân sách hoạt động hàng
năm 160 triệu USD và có chu vi 3,8 km, đặt tại bang New York (Mỹ), thành
lập nhằm mục đích nghiên cứu quá trình tiến hóa vật chất trong vũ trụ.
Sử dụng máy RHIC, các nhà khoa học muốn tái tạo lại trạng thái trong 10
micro giây đầu tiên sau vụ nổ lớn big bang.

Các nhà vật lý tại trung tâm RHIC đưa nguyên tử vàng qua nhiều máy gia
tốc, làm vỡ hết các hạt electron của chúng, khiến các hạt này trở thành
ion mang điện tích dương. Những hạt ion này được đưa vào hai ống tròn
trong máy gia tốc lên đến tốc độ 99,9% tốc độ ánh sáng trước khi chúng
va chạm vào nhau. Bằng cách nghiên cứu tàn dư của vụ va chạm này, các
nhà khoa học đã nhận ra rằng các phân tử trong giai đoạn hậu big bang ở
thể lỏng nhiều hơn là ở thể khí như đã đoán.

Dự án RHIC hiện đang được ứng dụng trong y học để phát triển thiết bị
tăng gia tốc proton; rọi proton vào các khối u ung thư để giết chết các
khối u ác tính. Các nhà khoa học cũng sử dụng chùm ion nặng để đục lỗ tí
hon trên các tấm nhựa dẻo, tạo ra máy lọc có thể lọc vật chất ở cấp độ
phân tử. Hơn hết, họ muốn tạo ra các thiết bị dự trữ năng lượng hữu hiệu
nhất dựa trên công nghệ từ trường siêu dẫn dùng trong máy RHIC.

9. Hệ thống quan sát đại dương khổng lồ nhất thế giới Neptune

[You must be registered and logged in to see this image.]

Hệ thống quan sát đại dương có tên Neptune bao gồm hơn 850 km đường cáp,
130 dụng cụ cùng 400 con cảm biến, tất cả được kết nối với hệ thống
internet, giúp thám hiểm đại dương ở qui mô vĩ đại và liên tục ngày đêm.
Hệ thống máy Neptune nằm cách 350km ngoài khơi bang British Columbia,
Canada giúp quan sát sự sống các loài, địa lý và hóa học toàn vùng biển
này.

Các camera độ nét cao của hệ thống cung cấp cho chúng ta những bức ảnh
tĩnh và các video về các loài động vật cùng hành vi của chúng, giúp các
nhà khoa học nghiên cứu thay đổi trong hệ sinh thái địa phương. Ống nghe
dưới nước được gắn vào đáy biển giúp theo dõi số lượng và thói quen di
cư của cá voi và cá heo. Ngoài ra một máy trượt được điều khiển từ xa có
tên Wally sẽ di chuyển dọc lòng biển để nghiên cứu trữ lượng metan dưới
nước, vốn là nguyên nhân khiến thay đổi khí hậu toàn cầu và cũng là một
nguồn năng lượng tiềm năng.

Nhờ dự án này, chúng ta biết đến loài giun ống hay đơn giản được nghe
được tiếng hát của cá voi lưng gù. Ngân sách chi phí hàng năm cho dự án
lên đến 12 triệu USD. Chi phí xây dựng ban đầu là 106 triệu USD.

8. Kính thiên văn radio ‘nghe’ vũ trụ VLA

[You must be registered and logged in to see this image.]

Trải dài trên hàng trăm kilomet vuông trên sa mạc rìa Magdalena, New
Mexico (Mỹ), cụm kính thiên văn VLA là một trong những đài quan sát lớn
nhất trên thế giới. 27 chiếc anten radio đơn, mỗi chiếc có đường kính 24
mét, tạo thành một chữ Y có tay dài 21 km giúp thu thập những tín hiệu
từ những vật ở xa nhất trong vũ trụ.

Dự án “chị em” của nó, Cụm quan sát vạch ranh giới cực dài (VLBA), là
một dãy 10 anten radio trải rộng trên 8900 km từ Hawaii đến quần đảo
Virgin (Anh). Hệ thống cụm VLA và VLBA tạo ra những hình ảnh chi tiết về
các vật thể trong vũ trụ ơ gần như mặt trăng và xa như ở rìa vũ trụ có
thể quan sát được.

Đọc bất kì một chương sách giáo khoa thiên văn học hiện đại nào, bạn đều
bắt gặp vài vật chất hoặc lý thuyết dựa trên dữ liệu thu thập được bởi
VLA và VLBA. Nhờ sử dụng cụm kính thiên văn VLA, các nhà khoa học đã
phát hiện ra lỗ đen ở trung tâm của Ngân Hà, tìm kiếm được nguồn gốc của
các vụ nổ tia gamma ở trong các tinh vân ở xa, và vào năm 1989, đã nhận
được tín hiệu truyền từ vệ tinh Voyager 2 khi nó di chuyển quanh Sao
Hải Vương, cho chúng ta những hình ảnh cận cảnh đầu tiên về khối khí
khổng lồ này và các mặt trăng của nó.

Ngân sách hàng năm cho dự án này là 15 triệu USD với vốn chi phí xây dựng ban đầu là 300 triệu USD.

7. Thí nghiệm nấu chảy tia laze lớn nhất mọi thời đại NIF

[You must be registered and logged in to see this image.]

Được xem là máy tạo năng lượng laze lớn nhất thế giới, công trình
National Ignition Facility (NIF) đặt ở Livermore, California (Mỹ), rộng
bằng ba sân bóng, cao 10 tầng và sản xuất ra 2 triệu Jun năng lượng tia
cực tím. Luồng sáng đó có thể tạo ra nhiệt độ hơn 100 triệu độ C và áp
suất gấp 100 tỉ lần áp suất không khí trái đất – tương đương với điều
kiện được thấy ở lõi các vì sao và các hành tinh khí khổng lồ.

Với cỗ máy này, các nhà khoa học tìm cách định nghĩa lại quá trình sản
sinh năng lượng ừ các phản ứng nhiệt hạch. Họ cũng đang sử dụng công
trình này để nghiên cứu điều gì xảy ra với những vũ khí hạt nhân qua
thời gian, một vấn đề hóc búa nhằm đánh giá mức độ an toàn và tính tin
cậy của các kho dự trữ Hoa Kỳ. Ngoài ra, các nhà khoa học hi vọng có thể
hiểu được các vụ nổ sẽ sản sinh ra những nguyên tố có nguyên tử nặng
như vàng và urani như thế nào.

Nếu bạn tình cờ dự trữ vũ khí hạt nhân trong nhà, thì dữ liệu của NIF sẽ
giúp bạn xác định xem kho dự trữ của bạn có an toàn không. Mặt khác,
một số thành phần của NIF giúp cung cấp năng lượng nhiệt hạch. Dự án có
kinh phí xây dựng 3,54 tỉ USD này hiện cần ngân sách đến 140 triệu USD
hàng năm.

6. Phi thuyền Juno, cảm tử quân thăm dò hành tinh Jupiter

[You must be registered and logged in to see this image.]

Năm 2016, tàu Juno sẽ đi vào quĩ đạo sao Jupiter. Ngay trước khi đi vào
quĩ đạo đó, nó sẽ đạt tốc độ 215.606 km một giờ, là vật thể nhanh nhất
đã từng được con người tạo ra. Một khi vào quĩ đạo, tàu vũ trụ này sẽ
thực hiện 33 vòng quay quanh hành tinh này rồi đâm thẳng xuống hành tinh
này, ‘tự tử’. Trong quá trình ‘tự tử’ đó, nó sẽ ‘cày’ xuyên lớp không
khí đầy hydro của hành tinh Jupiter cho tới khi nó cháy lên giống như
một sao băng. Trong khi Juno bay quanh Jupiter, một bộ 9 thiết bị sẽ
nghiên cứu nhiều lớp của hành tinh này.

Jupiter là hành tinh hình thành sớm nhất trong hệ mặt trời, và vì nó rất
lớn, trọng trường của nó có chứa các vật chất ban đầu tìm thấy trong hệ
mặt trời thời nguyên thủy, như là khí hydro và heli. Do đó, hành tinh
này là một cửa sổ hữu hiệu để khám phá nguồn gốc hệ mặt trời.

Việc nghiên cứu hành tinh Jupiter sẽ giúp chúng ta hiểu thêm hành tinh
trái đất. Tuy nhiên đây chỉ là một dự án nghiên cứu khoa học thuần túy,
xét về nhiều mặt.

5. Kính hiển vi khổng lồ nhất mọi thời đại (ALS)

[You must be registered and logged in to see this image.]

Từ năm 1993, các nhà nghiên cứu Tại Trung tâm Máy gia tốc phân tử ‘Nguồn
ánh sáng cao cấp’ (ALS) ở Berkeley, California, đã đưa thành công những
chùm photon sáng gấp hàng triệu lần bề mặt mặt trời vào trong các
protein, điện cực pin, chất siêu dẫn và các vật chất khác để khám phá
các đặc tính nguyên tử, phân tử và điện của chúng.

Máy ALS là một trong những nguồn sáng sáng nhất của các tia X-quang mềm, có bước sóng đúng dành cho Hiển vi quang phổ
\(spectromicroscopy), thiết bị khoa học có thể tiết lộ cả cấu trúc lẫn
tính chất hóa học của các mẫu vật chất mà chỉ có vài nano kế mới có thể
khuyếch đại được.

Hiện công trình ALS phát triển một phương pháp điều trị mới để chữa u ác
tính. Những dữ liệu của máy ALS có thể giúp tạo ra những máy sạc tăng
khả năng sạc pin. Ngoài ra, công trình nghiên cứu này cũng thúc đẩy việc
phát triển bóng bán dẫn ở cấp độ nguyên tử và các bộ vi xử lý vi tính
ngày càng hiện đại hơn.

4. Cửa sổ ra vũ trụ của con người, Trạm ISS

[You must be registered and logged in to see this image.]

Cần khoảng 2 tỉ USD hàng năm và hàng nghìn nhân viên để giữ Trạm vũ trụ
ISS luôn sáng đèn. Cho tới nay, có 201 người từ 11 quốc gia (và 7 nhà du
lịch giàu có) đã thăm viếng ISS, nơi hỗ trợ chứa con người liên tục lâu
dài nhất trong vũ trụ - đến tháng 11 năm nay sẽ được 11 năm và sẽ còn
tiếp tục hoạt động trong thập kỉ tới. Trạm ISS cũng là Quang phổ kế điện
trường Alpha lớn nhất, nặng nhất từng được đưa vào không gian.

Trên trạm ISS, các nhà khoa học đã thử nghiệm các kết cấu tàu vũ trụ và
củng cố những hệ thống có thể được sử dụng để giúp con người bay vào vũ
trụ lâu dài. Họ cũng kiểm tra sinh lý học con người, nghiên cứu tác động
của tình trạng không trọng lượng đối với mật độ xương và việc sản sinh
tế bào hồng cầu và việc hệ miễn dịch thay đổi như thế nào trong suốt
thời gian dài ở ngoài vũ trụ. Cũng trong tháng 5 vừa qua, các nhà nghiên
cứu đã tạo ra AMS, một thiết bị giúp dò tìm vật chất lạ, các hạt quark
đã từng được tạo ra trong các máy gia tốc phân tử nhưng chưa bao giờ
được thấy trong tự nhiên.

Nghiên cứu được tiến hành trên ISS đã phát hiện vi khuẩn salmonela
(loại vi khuẩn làm cho thức ăn trở thành độc) trở nên độc hại hơn
nhiều trong không gian. Khám phá đó, và sự xác định các loại gien gây
ra thay đổi, đang tiếp thêm lửa cho việc phát triển những vacxin đầu
tiên chống salmonela và các vi trùng MRSA, bệnh lây nhiễm tụ cầu đã gây
thành dịch đối với hàng nghìn bệnh nhân ở các bệnh viện trên thế giới.

3. Máy chụp hình phân tử, hệ thống phá vỡ nguồn nơtron SNS

[You must be registered and logged in to see this image.]

Hàng tháng, hệ thống phá vỡ nguồn nơtron SNS ở Oak Ridge, bang Tennessee
của Mỹ, cần sử dụng 32 triệu lít nước sạch để làm lạnh. Khi hoạt động,
các máy gia tốc phân tử của SNS đập vỡ hai nghìn triệu triệu hạt nơtron
mỗi lần đập nơtron xuống một khoang đích. Những đám mây dày đặc nơtron
này làm cong những vật chất giúp tìm hiểu cấu trúc nguyên tử đã thay đổi
như thế nào qua thời gian.

Ích lợi lớn nhất của công trình nghiên cứu này là tạo ra những nguồn pin
tốt hơn. Các nhà khoa học sử dụng những bộ phim ở mức nguyên tử để quan
sát pin khi chúng nạp và sạp ra trong thời gian thực. SNS cũng được
dùng để nghiên cứu cấu trúc protein.

2. Máy gia tốc hạt nhân lớn HLC

[You must be registered and logged in to see this image.]

Chôn 100 mét bên dưới vùng đất biên giới Thụy Sĩ và Pháp, Máy LHC là máy
gia tốc hạt nhân lớn nhất thế giới. Cơ sở này cần 700 gigawat điện
trong một giờ và trung bình cần 1 tỉ USD hàng năm để hoạt động. Hơn
10.000 nhà nghiên cứu, kỹ sư, và sinh viên từ 60 quốc gia khác nhau trên
6 châu lục đang làm việc với 6 cỗ máy nhỏ của LHC. Công trình này được
xây dựng nhằm giúp mở cánh cửa vật lý cơ bản vũ trụ.

6 máy dò hạt nhân của hệ thống LHC ghi lại bằng hình ảnh các loại năng
lượng và nhận diện các hạt dưới nguyên tử; giúp trả lời những câu hỏi
như: Thực chất vật chất đen (dark matter) là gì? Liệu có những chiều phụ
nữa trong vũ trụ? Liệu hạt Higgs thường được gọi là “hạt Thượng đế” có
tồn tại thực sự hay không? Vũ trụ được hình thành như thế nào?

Mặc dù LHC đã giúp các nhà khoa học cơ bản hiểu rõ về những lý thuyết
vật lý như lỗ đen, dự án này ít ảnh hưởng đối với đời sống hàng ngày,
trừ khi gia đình và bạn bè của bạn là những người chuyên bàn bạc về
nguồn gốc của vũ trụ sau bữa tối.

1. Kính viễn vọng nhìn vào tâm Trái đất EarthScope

[You must be registered and logged in to see this image.]

Được thiết kế để nghiên cứu sự tiến hóa địa chất của lục địa Bắc Mỹ,
kính viễn vọng trái đất EarthScope là dự án khoa học ‘khủng’ nhất trên
toàn trái đất. Đài quan sát khoa học trái đất này đã ghi nhận dữ liệu
trên 6 triệu km2. Từ năm 2003, hơn 4000 thiết bị của nó đã cóp nhặt được
67 terabyte dữ liệu (67.000 gigabyte), tương đương với dữ liệu của Thư
viện Quốc hội Mỹ - và mỗi 6 đến 8 tuần lại tích thêm một terabyte dữ
liệu.

Các nhà nghiên cứu đang sử dụng EarthScope cho nhiều loại thí nghiệm để
khám phá các mặt của kết cấu địa lý lục địa Bắc Mỹ. 1.100 đơn vị GPS
vĩnh viễn của hệ thống này trải dài trên toàn nước Mỹ, và Puerto Rico,
giúp tìm kiếm các ‘biến dị’ bề mặt trái đất gây ra bởi các dịch chuyển
địa tầng bên dưới. Hơn 10 năm nay, nhiều nhóm khoa học gia di chuyển 400
địa chấn kế di động khắp Bắc Mỹ và sẽ thu thập được dữ liệu trên 2000
địa điểm khác nhau tính đến năm tới.

Các dữ liệu EarthScope có thể giúp lý giải cường lực đằng sau các sự
kiện địa lý như động đất, núi lửa phun trào, giúp tìm ra những cách phát
hiện để phòng tránh tốt hơn.
Phan Khôi