Đài thiên văn IceCube hoàn tất nâng cấp: Tăng cường độ nhạy neutrino và triển khai máy đo địa chấn dưới lòng băng sâu

Đài quan sát neutrino IceCube, tọa lạc tại trạm Amundsen-Scott ở Nam Cực, vừa chính thức hoàn thành quá trình nâng cấp cơ sở hạ tầng quy mô lớn, giúp mở rộng đáng kể khả năng ghi nhận các hạt neutrino có mức năng lượng thấp. Dự án này bao gồm ba chiến dịch thực địa bắt đầu từ năm 2023 và đã được hoàn tất vào đầu năm 2026 sau khi thực hiện các mũi khoan đạt độ sâu hơn 1,6 km. Trong khuôn khổ đợt nâng cấp, hơn 600 mô-đun cảm biến quang học mới với độ nhạy cao đã được lắp đặt trên 6 đường cáp mới, nâng tổng số cáp trong mạng lưới lên 92 sợi, tất cả đều được đặt sâu trong một km khối băng Nam Cực.

Việc tăng mật độ cảm biến đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện độ nhạy đối với các dao động neutrino, củng cố vị thế của IceCube như một cơ sở hàng đầu để đo đạc neutrino khí quyển ở khoảng cách xa. Các mô-đun mới, bao gồm mô-đun quang kỹ thuật số đa ống (mDOM) và D-Egg, sở hữu độ nhạy cao gấp hai đến ba lần so với các cảm biến thế hệ trước. Sự cải tiến công nghệ này cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện phân tích lại kho dữ liệu tích lũy trong suốt 15 năm qua, từ đó tinh chỉnh các phép đo về hương (flavor) của neutrino và thành phần của tia vũ trụ. Theo Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF), đợt nâng cấp này đảm bảo vị thế dẫn đầu của Mỹ trong lĩnh vực vật lý neutrino trước thềm dự án mở rộng IceCube-Gen2 đầy hứa hẹn.

Song song với các nghiên cứu về hạt neutrino, hai máy đo địa chấn mới cũng đã được triển khai thông qua sự hợp tác với Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS), trở thành những thiết bị đo địa chấn sâu nhất từng được lắp đặt từ trước đến nay. Được đặt ở độ sâu hơn 8.000 feet (khoảng 2,5 km) bên dưới lớp băng Nam Cực, các cảm biến này tận dụng môi trường cực kỳ yên tĩnh để theo dõi các hoạt động địa chấn toàn cầu và nghiên cứu cấu trúc các lớp sâu của Trái Đất với độ rõ nét chưa từng có. Việc triển khai các thiết bị này vào tháng 1 năm 2026 đã giúp mở rộng Mạng lưới Địa chấn Toàn cầu quan trọng của USGS, kết quả từ sự hợp tác chặt chẽ với Đại học Wisconsin-Madison.

Các máy đo địa chấn này được thiết kế đặc biệt để tồn tại trong điều kiện cực kỳ khắc nghiệt về cả nhiệt độ lẫn áp suất, với khả năng chịu được áp lực lên tới 8.500 psi (pound trên mỗi inch vuông). Dữ liệu thu thập được từ chúng sẽ góp phần nâng cao khả năng sẵn sàng ứng phó với thiên tai trên toàn cầu, bao gồm việc hỗ trợ các hệ thống cảnh báo sớm sóng thần và giám sát các vụ thử hạt nhân. Việc ứng dụng thành công các công cụ này, bao gồm cả việc sử dụng lớp vỏ bảo vệ vốn được thiết kế ban đầu cho các thí nghiệm tìm kiếm vật chất tối của IceCube, đã giúp củng cố hoạt động giám sát địa vật lý dài hạn tại Nam Cực.

Quá trình nâng cấp IceCube kéo dài khoảng bảy năm, bao gồm cả giai đoạn phát triển thiết bị mới, đã đặt nền móng vững chắc cho sự mở rộng của IceCube-Gen2 trong tương lai. Dự án IceCube-Gen2 dự kiến sẽ bao gồm ba mảng chính: mảng quang học mở rộng, mảng vô tuyến lớn hơn để ghi nhận neutrino năng lượng cực cao và một mảng bề mặt. Công trình tương lai này hướng tới mục tiêu giải mã bầu trời neutrino năng lượng cao từ mức TeV đến EeV, giúp giải đáp các câu hỏi cơ bản về nguồn gốc của những hạt năng lượng mạnh nhất trong vũ trụ và kiểm chứng các giới hạn của Mô hình Chuẩn trong vật lý. Việc hoàn tất thành công đợt nâng cấp hiện tại, vốn giúp tăng độ nhạy trong dải năng lượng GeV, đảm bảo tính liên tục trong nghiên cứu khoa học cho đến khi thế hệ máy dò tiếp theo được triển khai.