How to build a dark matter detector - Jenna Saffin

Translator: Phuong Nguyen Le Reviewer: Hung Tran Phi

More than two kilometers below the surface of northern Ontario,

Hơn hai km dưới mặt đất vùng bắc Ontario,

suspended in 345,000 liters of ultra-pure water,

lơ lửng trong 345.000 lít nước tinh khiết tuyệt đối,

there’s a perfect sphere.

là một khối cầu hoàn hảo

It contains 3600 kilograms of liquid argon,

chứa 3600kg Agon (Ar) lỏng,

cooled to -180 degrees Celsius.

được làm lạnh ở nhiệt độ -180 độ C.

Scientists continuously monitor this chamber from above ground,

Các nhà khoa học kiểm tra cỗ máy không ngừng nghỉ từ mặt đất,

looking for a glimmer of light in the darkness.

tìm kiếm một chớp sáng từ trong bóng tối.

Because down here,

Bởi dưới kia,

deep beneath the Earth’s surface and cocooned in a watery shield,

sâu trong lòng đất và được bọc bởi lớp nước dày,

that light would indicate the presence of one of the universe’s greatest mysteries:

ánh sáng đó ám chỉ sự hiện diện của một trong những bí ẩn lớn nhất vũ trụ:

dark matter.

vật chất tối.

All the matter we can see, planets, stars and galaxies,

Tất cả những gì ta thấy: các hành tinh, vì sao, và vũ trụ,

doesn’t create enough gravitational pull

không tạo ra đủ lực hấp dẫn

to explain the universe’s larger structure.

để giải thích những cấu trúc lớn hơn của vũ trụ.

It’s dark matter, which is estimated to make up 25% of the known universe.

Đó là vật chất tối, được ước lượng là chiếm 25% vũ trụ mà chúng ta biết.

But despite its prevalence,

Tuy nổi tiếng, nhưng đến nay,

so far we haven’t been able to detect it directly.

ta chưa trực tiếp tìm được nó.

It’s no small challenge.

Một thử thách không hề nhỏ.

Dark matter was so named because it doesn’t interact with any type of light,

Vật chất tối mang tên đó vì nó không phản xạ bất kì loại ánh sáng nào,

visible or otherwise,

hữu hình hay vô hình,

which means our usual observation tools

nghĩa là các máy dò tìm thông thường

simply don’t work when trying to observe it.

không thể phát hiện ra nó.

But while dark matter may not be visible in the electromagnetic spectrum,

Dù không hiện hình trong phổ điện từ,

it’s still matter,

vật chất tối vẫn là vật chất,

so we should be able to measure its interactions with other matter.

nên ta có thể đo đạc tương tác của nó với vật chất khác.

And if our current model of physics is correct,

Nếu các mô hình vật lí học hiện tại của ta là chính xác,

billions of sub-atomic dark matter particles

hàng tỉ các hạt hạ nguyên tử của vật chất tối

are passing through the Earth every second.

đang đi xuyên qua Trái Đất mỗi giây.

Despite the prevalence of dark matter,

Dù rất quan trọng,

its interactions are predicted to be rare and extremely weak.

sự tương tác của vật chất tối được dự đoán là hiếm và cực kỳ yếu.

To detect these interactions,

Để tìm ra các tương tác đó,

dark matter experiments need to be incredibly sensitive.

máy đo vật chất tối cần nhạy đến không tưởng.

With such sensitive equipment,

Với các dụng cụ nhạy cảm như thế,

the ever-present background radiation on Earth’s surface

bức xạ nền hiện hữu trên bề mặt Trái đất

would create so much noise in the data

sẽ tạo ra rất nhiều nhiễu loạn trong dữ liệu

that any dark matter particles would be completely overwhelmed.

khiến các hạt vật chất tối có thể hoàn toàn bị bỏ qua.

It would be like trying to hear a pin drop on a busy city street.

Giống như việc cố nghe tiếng đinh rơi trên con phố tấp nập.

To solve this problem,

Để giải quyết vấn đề này,

scientists have had to dig deep into the Earth.

các nhà khoa học cần đào sâu vào lòng đất.

Dark matter experiments are set up in specialized underground labs,

Các máy đo vật chất tối được dựng tại phòng thí nghiệm đặc biệt dưới đất,

either in mines or inside mountains.

thường là dưới các mỏ khoáng hay sâu trong núi.

The rock that makes up the Earth’s crust works like a filter,

Lớp đá tạo nên vỏ Trái đất được dùng như tấm lọc,

absorbing radiation and stopping disruptive particles.

hấp thụ bức xạ và ngăn các hạt gây nhiễu.

The ultra-pure water in which the detector is suspended

Nước tinh khiết tuyệt đối bao trùm toàn bộ máy dò tìm

adds an additional layer of radiation filtering.

tăng thêm một lớp lọc bức xạ.

This shielding ensures that only the particles scientists are looking for

Lớp vỏ này đảm bảo chỉ những hạt cần tìm

can make their way into the detectors.

có thể đến được máy dò.

Once these particles reach an experiment’s inner vessel,

Một khi các hạt đó tới một trong các máy dò trong thùng chứa,

scientists have a chance of detecting them.

các nhà khoa học có cơ hội để xác định chúng.

The detector media are chosen because they’re exquisitely sensitive detectors

Các thiết bị dò tìm được chọn vì chúng là những thiết bị cực nhạy

that can be purified extremely well.

có khả năng lọc cực kì tốt.

These could be a liquid noble gas,

Chúng có thể là khí trơ dạng lỏng,

germanium

gecmani,

and silicon crystals,

các tinh thể silicon,

a refrigerant,

chất làm lạnh,

or other materials.

hay các vật liệu khác.

When radiation interacts, it leaves tell-tale signs,

Khi phản ứng, các chất đó để lại các dấu hiệu rõ ràng,

such as light or bubbles,

như ánh sáng hay bong bóng khí,

which can be picked up by the sensors inside the detector.

mà các cảm biến trong máy dò tìm có thể phát hiện.

The detector media are held in a central chamber made of glass

Các thiệt bị dò tìm được đặt trong tâm cỗ máy làm bằng kính

or a special type of acrylic.

hay một loại acrylic đặc biệt.

These chambers have to be able to hold the substance inside

Các hộp phải có khá năng giữ các vật chất bên trong

without interacting with it

mà không phản ứng với chúng

while withstanding incredible pressure from the water outside.

và chịu được áp lực khủng khiếp từ lớp nước bao bên ngoài.

The inner vessel is surrounded by powerful sensors

Khối cầu lớn bên trong được bao bọc bởi các thiết bị cảm biến mạnh

designed to detect even the tiniest blips of light,

được thiết kế để tìm ra các tia sáng mỏng manh nhất,

or the sound vibrations caused by a single bubble.

hay các dao động âm thanh được tạo bởi chỉ một bong bóng.

Each sensor records data 24/7,

Mỗi máy cảm ứng thu thập thông tin 24/7,

and experiments run for months and years at a time,

các máy dò có thể hoạt động hàng tháng, thậm chí, hàng năm,

generating terabytes of data every day.

tạo ra hàng nghìn tỉ bit dữ liệu mỗi ngày.

Building dark matter detectors is as much a feat of engineering

Xây máy xác định vật chất tối là kì tích của ngành xây dựng

as it is a feat of physics.

và cả ngành vật lí.

By the time an experiment is ready to start collecting data,

Để một máy dò sẵn sàng thu thập dữ liệu,

years or decades of work and investment have already gone into it,

cần nhiều năm hay nhiều thập kỉ làm việc và đầu tư vào nó,

to the tune of tens of millions of dollars.

cùng hàng chục triệu đô la.

As of 2017, no dark matter particles have been directly detected.

Năm 2017, chưa có một hạt vật chất tối nào được tìm ra.

That’s not entirely surprising.

Không có gì ngạc nhiên cả.

Physicists expect these interactions to be incredibly rare and difficult to detect.

Các nhà vật lí học biết rằng các phản ứng là cực kì hiếm và khó tìm.

In the meantime,

Và họ vẫn tiếp tục phát triển các công nghệ mới

scientists continue to develop new technologies

và tăng độ nhạy của máy cảm ứng,

and increase detector sensitivity,

closing in on where dark matter is hiding.

để tiến ngày một gần hơn đến nơi mà vật chất tối đang ẩn nấp.

And when they find it,

Một khi tìm thấy nó,

we’ll finally be able to bring the universe’s darkest secrets into the light.

ta, cuối cùng, có thể đưa ra ánh sáng bí mật đen tối nhất vũ trụ.