Người kết nối Việt Nam với thế giới bằng “hạt ma”

Tham gia các dự án quốc tế hàng đầu về truy vết “hạt ma” suốt 13 năm - 5 năm tại Mỹ và 8 năm tại Nhật Bản - TS Cao Văn Sơn đã góp phần đưa tên tuổi Việt Nam lên bản đồ nghiên cứu thế giới. Trở về nước, vị tiến sĩ 38 tuổi đang dẫn dắt nhóm nghiên cứu về “hạt ma” tại Viện Khoa học và Giáo dục liên ngành (IFIRSE) trực thuộc Trung tâm quốc tế Khoa học và Giáo dục liên ngành (ICISE, TP Quy Nhơn), mở ra cơ hội đột phá cho lĩnh vực vật lý hạt tại Việt Nam.

Cuộc săn tìm “hạt ma”

Các cuộc săn tìm cho tới nay không chỉ hé lộ những bí ẩn về neutrino mà còn mở rộng hiểu biết về cả 2 thế giới tưởng chừng như có rất ít mối liên hệ: Thế giới vi mô của những hạt cấu thành nên vật chất như electron và thế giới vĩ mô như các ngôi sao và vũ trụ.

TS Cao Văn Sơn gia nhập IFIRSE với mong muốn xây dựng một “ngôi nhà” khoa học, tạo cơ hội cho các nhà khoa học trong nước tiếp cận các nghiên cứu thế giới.  Ảnh: H.G

• Chào TS Cao Văn Sơn, “hạt ma” là gì, vì sao nó quan trọng trong nghiên cứu vật lý hạt như vậy?

Hạt neutrino, biệt danh là “hạt ma”, là một trong những bí ẩn lớn của thế giới hạt cơ bản - những viên gạch nhỏ nhất cấu thành nên vật chất. Gọi là “ma” là bởi vì hạt này tương tác rất yếu với vật chất và gần như không để lại dấu vết nào. Đó là thách thức cho các nhà khoa học để bắt “ma” nhưng mặt khác, thông tin mà neutrino mang lại là trực tiếp và vô cùng quý giá. Nói một cách ngắn gọn, neutrino có vai trò đặc biệt trong vật lý hạt và hạt nhân, vũ trụ học và thiên văn học; những tiến bộ trong khoa học neutrino có ảnh hưởng sâu rộng đến nhiều lĩnh vực khác.

• Vậy những kết quả quan trọng đã đạt được trong các cuộc săn tìm quốc tế về hạt neutrino của 2 thí nghiệm Tokai to Kamioka và Super-Kamiokande mà anh đang tham gia là gì…

Hai thí nghiệm nổi tiếng là Tokai to Kamioka (T2K) và Super-Kamiokande (SK) đặt tại Nhật Bản đóng vai trò then chốt trong việc đo các tính chất và giải mã những bí ẩn của hạt neutrino.

Thí nghiệm T2K sử dụng máy gia tốc J-PARC để tăng tốc chùm tia proton năng lượng cao, cho va vào bia tương tác để tạo ra các hạt mẹ của neutrino. T2K đã là thí nghiệm đầu tiên phát hiện ra quá trình chuyển đổi 2 trạng thái neutrino khác nhau năm 2013 và nhận được Giải thưởng Đột Phá năm 2016. Tiếp đến, T2K đã phát hiện dấu hiệu đầu tiên của vi phạm đối xứng CP trong hệ neutrino năm 2020, một phát hiện quan trọng có thể giải thích sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất trong vũ trụ. Thí nghiệm T2K vẫn đang tiếp tục thu thập dữ liệu để xác nhận phát hiện này.

Super-Kamiokande là một trong những máy dò neutrino lớn nhất thế giới, đã hoạt động từ năm 1996, với bể chứa 50.000 tấn nước siêu tinh khiết và hơn 11.000 ống nhân quang. Đây là công cụ chính để nghiên cứu neutrino từ nhiều nguồn khác nhau. SK đã giúp phát hiện sự dao động của neutrino, đóng góp trực tiếp cho giải thưởng Nobel Vật lý năm 2015. Hiện SK đang được nâng cấp và có nhiều khả năng trong thời gian tới sẽ lần đầu tiên phát hiện ra bức phông nền neutrino, tàn dư từ các vụ nổ sao trong vũ trụ.

Dự kiến vào năm 2027, Hyper-Kamiokande, thế hệ tiếp theo với quy mô gấp 10 lần SK, sẽ bắt đầu hoạt động, mở ra kỷ nguyên mới trong nghiên cứu neutrino.

• Là một trong số rất ít nhà khoa học Việt Nam tham gia cả 2 dự án quan trọng này, anh đã…

Từ năm 2015 - 2016, tôi đã nghiên cứu khả năng vật lý của thí nghiệm T2K trong việc tìm kiếm vi phạm đối xứng CP. Đây là tiền đề để thuyết phục việc lấy thêm số liệu đến năm 2027. Năm 2016 tới nay, tôi tham gia phát triển hệ giám sát chùm tia proton kiểu mới và phụ trách một hệ thống máy giám sát mức độ mất mát của chùm proton bằng sợi quang, đồng thời thực hiện kiểm tra vi phạm đối xứng CPT với dữ liệu từ thí nghiệm T2K. Với thí nghiệm SK, tôi tham gia vào việc vận hành và lấy số liệu cho thí nghiệm.

Xây dựng “ngôi nhà” vật lý Việt Nam

Bằng cách kết nối các dự án quốc tế và triển khai các dự án nghiên cứu trong nước, TS Cao Văn Sơn không chỉ thúc đẩy vật lý hạt tại Việt Nam mà còn tạo ra một “ngôi nhà” khoa học lý tưởng để các nhà nghiên cứu trong nước có cơ hội tiếp cận các nghiên cứu thế giới.

• Xin hỏi một câu mà nhiều người Quy Nhơn - Bình Định rất quan tâm, cơ duyên nào đưa anh đến với IFIRSE?

Tôi biết đến IFIRSE vào năm 2012, khi tham dự hội nghị Vietnus2012 do GS Karol Lang tổ chức ở Quy Nhơn. Lúc đó, ICISE đang xây dựng và GS Lang đã gợi ý rằng đây có thể là nơi lý tưởng để phát triển khoa học neutrino tại Việt Nam. Sau khi hoàn tất chương trình tiến sĩ ở Mỹ và làm việc tại Nhật Bản, tôi quyết định về Việt Nam và gia nhập IFIRSE năm 2022.

Tôi rất ấn tượng với sự ủng hộ của GS Trần Thanh Vân và môi trường nghiên cứu độc đáo tại đây. Đây là nơi thúc đẩy nghiên cứu liên ngành, tự do học thuật và kết nối với các nhà khoa học hàng đầu thế giới. Hiện, tôi đang dẫn dắt nhóm nghiên cứu về neutrino tại IFIRSE.Với tôi, Quy Nhơn - Bình Định là một vùng đất lành.

• Các dự án và mục tiêu phát triển của IFIRSE?

Thực hiện nhiệm vụ quốc tế, IFIRSE tham gia vào thí nghiệm T2K và SK. Trong T2K, chúng tôi thu thập dữ liệu để tăng độ nhạy và tìm kiếm vi phạm đối xứng CP. Nếu thành công, đó sẽ là một bước ngoặt quan trọng cho vật lý hiện đại. Với SK, chúng tôi hiện chủ yếu hỗ trợ vận hành. Ở cấp quốc gia, chúng tôi thực hiện dự án Nafosted nghiên cứu lý thuyết về neutrino, tìm cách dùng dữ liệu thực nghiệm để kiểm chứng và phát triển các mô hình vật lý mới. Về lâu dài, chúng tôi đang phát triển một phòng thí nghiệm tại ICISE. Mục tiêu không chỉ phục vụ trực tiếp cho các thí nghiệm neutrino quốc tế mà còn mong muốn đưa các công nghệ tiên tiến về Việt Nam và tạo một hướng đi riêng. Chúng tôi phát triển các công nghệ ánh sáng với các cảm ứng silicon nhạy và siêu nhạy. Chúng tôi cũng đang hợp tác phát triển hướng nghiên cứu trí tuệ nhân tạo (AI) trên phần cứng,thí nghiệm đo và tính toán lượng tử.

Đưa vật lý Việt Nam lên bản đồ thế giới

Tham gia các dự án quốc tế T2K và SK, TS Cao Văn Sơn không chỉ mở rộng hiểu biết về “hạt ma” mà còn góp phần thúc đẩy sự phát triển của vật lý hạt tại Việt Nam.

• Tiềm năng ứng dụng của neutrino vào thực tế và địa phương ra sao, thưa Tiến sĩ?

Nghiên cứu neutrino mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng thực tiễn và địa phương. Chúng tôi quan tâm và có các kỹ năng để phát triển hệ thống giám sát neutrino từ lò phản ứng hạt nhân. Đây là phương pháp có thể giám sát từ xa hoạt động của các lò phản ứng, giúp phân biệt giữa mục đích sản xuất điện và làm giàu uranium cho phát triển vũ khí hạt nhân. Các kỹ thuật phát hiện các tia vũ trụ với các chất nhạy sáng và các cảm ứng quang cực nhạy và nhanh có thể ứng dụng để “chụp X-quang” các cấu trúc địa chất lớn và ứng dụng trong y học hạt nhân và xạ trị.

Với Trung tâm Khám phá khoa học và Đổi mới sáng tạo Quy Nhơn, chúng tôi có thể hỗ trợ kỹ thuật và chuyên gia nhằm chuyển đổi công nghệ, phát triển các hệ đo để quan sát được tia vũ trụ, phát hiện tia gamma từ tia vũ trụ…

• Được biết, anh đã đề xuất với Bộ trưởng Bộ KH&CN để Việt Nam tham gia thí nghiệm HK như một nhiệm vụ quốc gia. Điều này sẽ mang lại lợi ích gì cho Bình Định và Việt Nam?

Tham gia thí nghiệm HK sẽ tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển lâu dài của KH&CN tại Việt Nam. Đối với Bình Định, điều này giúp nâng cao vị thế khoa học của tỉnh. Đồng thời, thu hút đầu tư, phát triển cơ sở hạ tầng KH&CN và tạo cơ hội việc làm cho nhân lực địa phương lĩnh vực khoa học kỹ thuật cao. Ở quy mô quốc gia, nó giúp thúc đẩy nghiên cứu khoa học cơ bản, đặc biệt trong vật lý hạt và thiên văn học, phát triển công nghệ cao như cảm biến, xử lý dữ liệu lớn. Ngoài ra, còn giúp tăng cường hợp tác quốc tế và nâng cao vị thế của Việt Nam trong cộng đồng khoa học thế giới, đồng thời đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao.

• Xin cảm ơn anh!

HƯƠNG GIANG (Thực hiện)