Từ 28/8/2025, Trung Quốc chính thức vận hành Đài Quan sát Neutrino ngầm Giang Môn (JUNO) tại tỉnh Quảng Đông, đánh dấu một cột mốc quan trọng trong nghiên cứu vật lý hạt cơ bản. Là cơ sở lớn nhất thế giới chuyên nghiên cứu neutrino – những “hạt ma” bí ẩn, JUNO tập hợp hơn 700 nhà khoa học từ 74 viện nghiên cứu ở 17 quốc gia, với mục tiêu giải đáp các câu hỏi nền tảng về bản chất vật chất và nguồn gốc vũ trụ. Với thiết kế tiên tiến và khả năng phát hiện neutrino từ Mặt Trời, siêu tân tinh, và nhà máy điện hạt nhân, JUNO hứa hẹn mang lại những bước đột phá khoa học. Bài viết này sẽ mở rộng phân tích ý nghĩa của sự kiện, kết hợp thông tin từ bài gốc và các nguồn nghiên cứu tiếng Anh, để làm rõ vai trò của JUNO trong vật lý, thách thức kỹ thuật, và tác động toàn cầu.

Neutrino, thường được gọi là “hạt ma”, là một trong 12 hạt cơ bản cấu thành vật chất, với khối lượng gần bằng không và tốc độ di chuyển gần bằng ánh sáng. Chúng trung hòa điện, hiếm khi tương tác với vật chất, khiến việc phát hiện cực kỳ khó khăn. Tuy nhiên, neutrino lại rất dồi dào – hàng nghìn tỷ hạt đi qua cơ thể chúng ta mỗi giây – và đóng vai trò quan trọng trong các quá trình vũ trụ, từ phản ứng hạt nhân trong Mặt Trời đến vụ nổ siêu tân tinh. Đài Quan sát Neutrino Giang Môn (JUNO), tọa lạc 700m dưới lòng đất tại Quảng Đông, được thiết kế để bắt các tín hiệu hiếm hoi này với độ chính xác chưa từng có, nhờ lõi detector là một quả cầu acrylic đường kính 35,4m chứa 20.000 tấn chất lỏng scintillator, bao quanh bởi 45.000 ống nhân quang (photomultiplier tubes).

Mục tiêu chính của JUNO là xác định thứ tự khối lượng neutrino (neutrino mass hierarchy), một câu hỏi cốt lõi trong vật lý hạt. Neutrino tồn tại ở ba “hương vị” (electron, muon, tau), liên quan đến ba trạng thái khối lượng (ν1, ν2, ν3). Hiện tại, các nhà khoa học biết ν2 nặng hơn ν1, nhưng chưa rõ liệu ν3 là nặng nhất (normal ordering) hay nhẹ nhất (inverted ordering). JUNO sử dụng neutrino từ hai nhà máy điện hạt nhân Taishan và Yangjiang (cách 53 km) để đo dao động neutrino (neutrino oscillation), hiện tượng neutrino chuyển đổi giữa các hương vị khi di chuyển. Bằng cách phân tích phổ năng lượng với độ chính xác dưới 1%, JUNO có thể xác định thứ tự khối lượng trong vòng 6 năm, một bước tiến lớn so với các thí nghiệm như Daya Bay (4% chính xác).

Ngoài ra, JUNO nghiên cứu neutrino từ các nguồn tự nhiên như Mặt Trời, siêu tân tinh, và địa chất (geoneutrinos từ phân rã uranium/thorium trong lòng đất). Các nghiên cứu này có thể làm sáng tỏ phản ứng hạt nhân trong Mặt Trời, cơ chế nổ siêu tân tinh, và cấu trúc bên trong Trái Đất. Ví dụ, JUNO dự kiến phát hiện hơn 400 geoneutrinos mỗi năm, vượt xa các detector hiện tại như Super-Kamiokande (Nhật Bản) với chỉ 20 sự kiện. Điều này không chỉ giúp hiểu nguồn năng lượng địa nhiệt mà còn hỗ trợ nghiên cứu về nguồn gốc vũ trụ, như sự mất cân bằng vật chất-chống vật chất sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang).

Thành tựu của JUNO phản ánh nỗ lực quốc tế và tiến bộ kỹ thuật đáng kinh ngạc. Được đề xuất từ 2008 và xây dựng từ 2015, dự án trị giá 376 triệu USD này sử dụng chất lỏng scintillator với độ trong suốt cao (tạp chất dưới 8mg trong 20.000 tấn), vượt tiêu chuẩn công nghiệp bán dẫn. Địa điểm sâu 700m giúp giảm nhiễu từ tia vũ trụ, trong khi khoảng cách 53 km từ các nhà máy điện hạt nhân tối ưu hóa đo dao động neutrino. Tuy nhiên, JUNO đối mặt thách thức như quản lý nước siêu tinh khiết và vận hành đồng thời 45.000 ống nhân quang, đòi hỏi kỹ thuật phức tạp. So với các đối thủ như Hyper-Kamiokande (Nhật Bản, 2027) và DUNE (Mỹ, 2031), JUNO dẫn đầu về thời gian vận hành và độ chính xác.

Tác động của JUNO vượt xa vật lý lý thuyết. Hiểu biết về neutrino có thể dẫn đến công nghệ mới, như giám sát lò phản ứng hạt nhân từ xa hoặc truyền thông xuyên vật chất (neutrino communication). Tuy nhiên, thách thức vẫn tồn tại: các tiêu chuẩn quốc tế cho neutrino còn chưa thống nhất, và hợp tác quốc tế có thể bị ảnh hưởng bởi địa chính trị, như căng thẳng Nga-Ukraine hay liên minh BRICS.

Tóm lại, Đài Quan sát Neutrino Giang Môn (JUNO) là bước tiến lịch sử trong nghiên cứu vật lý hạt, với tiềm năng giải mã bản chất vật chất và nguồn gốc vũ trụ. Từ xác định thứ tự khối lượng neutrino đến khám phá Mặt Trời và siêu tân tinh, JUNO không chỉ là thành tựu của Trung Quốc mà còn là nỗ lực toàn cầu. Dù đối mặt thách thức kỹ thuật và chính trị, dự án này hứa hẹn mang lại những khám phá đột phá, mở ra kỷ nguyên mới cho khoa học và công nghệ. JUNO nhắc nhở rằng, để hiểu vũ trụ, chúng ta cần kết hợp trí tuệ con người và công nghệ tiên tiến.

P.A.T (NASTIS), theo Phys.org, 9/2025