SuperCDMS – thí nghiệm lạnh nhất từng được xây dựng

Tại một mỏ nickel ở Sudbury, Ontario (Canada), thí nghiệm Super Cryogenic Dark Matter Search – SuperCDMS đã chính thức đạt nhiệt độ vận hành, chỉ cao hơn độ không tuyệt đối vài phần nghìn độ. Ở mức này, chuyển động nhiệt gần như biến mất, tạo môi trường yên tĩnh đủ để phát hiện những tín hiệu cực kỳ yếu mà bình thường sẽ bị che lấp.

Đây là bước chuyển từ nhiều năm xây dựng sang giai đoạn chính thức vận hành khoa học, mở ra cơ hội khám phá vùng vũ trụ chưa từng được quan sát trực tiếp.

Cuộc săn tìm vật chất tối

Vật chất tối chiếm khoảng 85% tổng vật chất trong vũ trụ, nhưng chưa bao giờ được phát hiện trực tiếp. Các nhà khoa học chỉ biết đến nó qua tác động hấp dẫn lên thiên hà. Nếu các hạt vật chất tối thực sự đi xuyên qua Trái Đất, SuperCDMS được thiết kế để ghi nhận những khoảnh khắc hiếm hoi khi chúng tương tác với vật chất thường.

Giáo sư Priscilla Cushman (ĐH Minnesota) cho biết:
“Đạt được nhiệt độ nền là cột mốc lớn. Từ đây, các detector có thể quét một vùng tham số hoàn toàn mới, nơi những hạt vật chất tối nhẹ nhất có thể đang ẩn náu.”

Kỹ thuật che chắn và môi trường siêu sạch

Để bảo vệ detector khỏi bức xạ và neutron, nhóm nghiên cứu đã xây dựng hệ thống che chắn hình trụ cao 4 mét, gồm nhiều lớp chì siêu tinh khiết và polyethylene mật độ cao. Ngoài ra, họ phát triển thuật toán phân tích tiên tiến để nhanh chóng nhận diện tín hiệu vật chất tối khi dữ liệu bắt đầu được thu thập.

Đặt sâu dưới lòng đất

SuperCDMS được đặt tại SNOLAB, cách mặt đất khoảng 2.000 mét, nhằm tránh nhiễu từ tia vũ trụ. Giai đoạn tiếp theo là hiệu chỉnh và tinh chỉnh detector, kéo dài vài tháng. Ngoài việc săn tìm vật chất tối, thí nghiệm còn có thể nghiên cứu đồng vị hiếm, khám phá dải năng lượng chưa từng đo và thậm chí phát hiện các dạng tương tác hạt mới.

Hợp tác quốc tế

Dự án SuperCDMS là nỗ lực hợp tác quốc tế, được hỗ trợ bởi DOE Office of Science (Mỹ), NSF (Mỹ), Canada Foundation for Innovation, và NSERC (Canada). Nhóm ĐH Minnesota đóng vai trò chủ chốt với các nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ, khoa học gia và sinh viên cao học tham gia trực tiếp.