How does an atom-smashing particle accelerator work? - Don Lincoln

Máy gia tốc hạt hoạt động như thế nào? - Don Lincoln

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Translator: quynh nguyen Reviewer: Lê Anh

One of the grandest scientific tools ever made by mankind

Một trong những công cụ khoa học tuyệt vời nhất của nhân loại

is called an atom smasher.

được gọi là máy va chạm nguyên tử.

And I mean literally grand.

Ý tôi là nó thật sự vĩ đại.

The biggest one ever built,

Máy lớn nhất được tạo

the Large Hadron Collider, or LHC,

máy gia tốc hạt lớn hay LHC,

is a ring with a circumference of about 18 miles.

là một vòng tròn có chu vi gần 30 km

That's more than the entire length of Manhattan.

dài hơn toàn bộ chiều dài của Manhattan

So what is an atom smasher?

Vậy máy va chạm nguyên tử là gì?

It is a device that collides atomic nuclei together

Đó là thiết bị tạo ra va chạm giữa các hạt nhân nguyên tử

at extremely high energy.

ở mức năng lượng rất cao.

The most powerful one scientists have ever built

Thiết bị mạnh mẽ nhất được tạo trước nay

can heat matter to the hottest temperatures ever achieved,

có thể làm nóng vật chất ở nhiệt độ cực lớn,

temperatures last seen at a trillionth of second

nhiệt độ ở 1 phần nghìn tỷ giây

after the universe began.

sau khi vũ trụ được hình thành.

Our accelerators are full of engineering superlatives.

Những máy gia tốc này sử dụng các kỹ thuật tiên tiến nhất.

The beam-containing region of the LHC is a vacuum,

Khu vực chứa chùm hạt của LHC nằm ở chân không

with lower pressure than what surrounds

áp suất thấp hơn bên ngoài

của trạm không gian quốc tế,

the international space station,

and is 456 degrees Fahrenheit below zero,

và lạnh hơn -456 độ F

so với nơi sâu nhất trong vũ trụ.

colder than the temperature of deepest space.

A previous accelerator sitting in the LHC tunnel

Máy gia tốc được đặt trong đường hầm LHC

holds the world record for velocity,

giữ kỷ lục thế giới về vận tốc,

accelerating an electron to a speed so fast

nó tăng tốc hạt electron cực nhanh

that if it were to race a photon of light,

nếu phải đua với photon ánh sáng

it would take about 14 minutes for the photon

các hạt photon sẽ cần khoảng 14 phút

to get a lead of about 10 feet.

để dẫn trước tầm 3 m.

If that doesn't impress you,

Nếu bạn chưa ấn tượng

remember the photon is fastest thing in the universe,

thì hãy nhớ rằng photon là thứ nhanh nhất vũ trụ,

it goes about 186,000 miles per second.

nó có vận tốc khoảng 300,000 km/s.

So how do these subatomic particle accelerators work?

Vậy những chiếc máy gia tốc hạt hạ phân tử hoạt động như thế nào?

Well, they use electric fields.

Chúng sử dụng điện trường.

Electric fields make charged particles move in the same way

Điện trường giúp hạt mang điện di chuyển như

that gravity will pull a dropped baseball.

trọng lực kéo quả bóng rổ rơi xuống

The force from the electric field

Lực từ điện trường

will pull a particle to make it move.

sẽ kéo hạt vật chất để giúp nó chuyển động.

The speed will continue to increase

Tốc độ sẽ liên tục tăng

until the charged particle is moving incredibly fast.

cho đến khi các hạt mang điện chuyển động cực kỳ nhanh.

A simple particle accelerator can be made

Có thể tạo ra một máy gia tốc hạt đơn giản

by hooking two parallel metal plates to a battery.

bằng cách gắn 2 tấm kim loại song song vào cục pin.

The charge from the battery moves

Điện tích từ pin di chuyển

on to the two metal plates

giữa hai tấm kim loại

and makes an electric field that pulls the particle along.

sẽ tạo ra điện trường, kéo các hạt theo

And that's it,

Vậy là

you got a particle accelerator.

bạn đã có một máy gia tốc hạt

The problem is that an accelerator built this way is very weak.

Vấn đề là máy gia tốc như thế rất yếu.

Building a modern accelerator like the LHC this way

Để tạo ra máy gia tốc hiện đại như LHC thì

would take over five trillion standard D-cell batteries.

sẽ cần đến 5 nghìn tỷ cục pin D-cell.

So scientists use much stronger batteries

Vì vậy các nhà khoa học dùng pin mạnh hơn

and put them one after another.

và đặt chúng liên tiếp nhau.

An earlier accelerator used this method

Máy gia tốc đầu tiên sử dụng cách này

and was about a mile long

dài khoảng 1,6 km

and was equivalent to 30 billion batteries.

và tương đương với 30 tỷ cục pin

However, to make an accelerator

Tuy nhiên, để tạo ra máy gia tốc

that is equivalent to five trillion batteries

tương đương với 5 nghìn tỷ cục pin

would require an accelerator 150 miles long.

thì chiều dài của máy sẽ là 240km.

Scientists needed another way.

Các nhà khoa học cần tìm cách khác.

While electric fields would make a particle go faster,

Điện trường làm cho các hạt chuyển động nhanh hơn,

magnetic fields make them move in a circular path.

còn từ trường sẽ làm cho chúng di chuyển theo vòng tròn.

If you put an electric field along the circle,

nếu bạn tạo ra điện trường cạnh vòng tròn này,

you don't need to use miles of electric fields,

bạn sẽ không cần dùng đến hàng km điện trường,

you can use a single electric field over and over again.

mà chỉ cần dùng một điện trường duy nhất lặp đi lặp lại.

The beams go around the circle,

Các chùm hạt sẽ đi theo vòng tròn,

and each time they gain more energy.

sau mỗi vòng chúng sẽ được thêm năng lượng.

So very high-energy accelerators consist of

Vậy những máy gia tốc năng lượng cao sẽ bao gồm

a short region with accelerating electric fields,

một vùng rất ngắn tạo điện trường gia tốc

combined with long series of magnets

kết hợp với một loạt các từ trường

that guide the particles in a circle.

để hướng các hạt đi theo vòng tròn.

The strength of the magnets

Chiều dài của thỏi nam châm

and the radius of the circular path

và bán kính của vòng tròn

determines the maximum energy of the beam.

sẽ xác định năng lượng tối đa chùm hạt.

Once the beam is zooming along,

Một khi chùm hạt được phóng đi

then the real fun begins,

khi đó, điều thú vị sẽ bắt đầu

the smashing.

Sự va chạm.

The reason physicists want to get

Các nhà vật lý muốn làm cho

those particles moving so fast

các hạt di chuyển cực nhanh

is so that they can slam them into one another.

là để chúng đâm vào nhau.

These collisions can teach us

Những va chạm này cho ta biết

about the fundamental rules that govern matter,

những quy luật cơ bản chi phối hạt vật chất,

but they'd be impossible without the feat of engineering

điều không thể có nếu không có sự phát triển kỹ thuật

that is the particle accelerator.

mà đó chính là máy gia tốc hạt.