[Sáng tạo Việt] Tiến sĩ Việt săn tìm ‘ánh sáng ma quái’

Năm 2009, khi được học bổng của quỹ giáo dục Việt Nam (VEF) cho chương trình đào tạo tiến sĩ, TS Cao Văn Sơn (35 tuổi) chọn theo học chuyên ngành vật lý năng lượng cao thực nghiệm tại ĐH Texas, Austin, tìm cách lần theo dấu vết neutrino.

Trong nghiên cứu vật lý, neutrino là loại hạt hạ nguyên tử cấu thành nên thế giới vật chất. Neutrino tương tác rất yếu với vật chất. Để theo dấu, các nhà khoa học cần phải dùng đến công cụ đặc biệt, những vật liệu nhạy sáng cùng với các sensor cực nhạy.

Anh cho biết, trong những khoảnh khắc hiếm hoi, neutrino tương tác với vật chất trong máy dò. Các nhà khoa học chỉ thu được tín hiệu từ vài chục đến vài trăm quang điện tử trong vài phần tỷ đến vài phần triệu của một giây. “Đây là lý do các nhà vật lý thực nghiệm luôn muốn thu được thông tin tối đa neutrino được phát hiện bởi máy dò trên Trái Đất”, anh nói.

Để đo được ánh sáng yếu từ neutrino, TS Sơn cùng với nhóm nghiên cứu phát triển hệ đếm photon đa điểm – loại photon sensor (MPPC). Do sensor đa điểm nên rất nhạy sáng (khả năng phân biệt từng quang điện tử) rất nhanh (độ phân giải cỡ vài phần tỷ của giây). Hệ đếm này có thể tối ưu để đo phổ ánh sáng huỳnh quang. Vì vậy TS Sơn tiếp tục phối hợp với nhóm các nhà khoa học ở Nhật Bản và Canada phát triển phổ kế huỳnh quang có thể đo chính xác mà không phá huỷ biên dạng của chùm proton cường độ cao từ máy gia tốc ở J-PARC.

Anh cho biết, sensor này còn có thể phát huy trong lĩnh vực dân dụng khác như tự động hoá ôtô và chụp cắt lớp với positron hay còn gọi là kỹ thuật PET trong chụp và chẩn đoán y tế.

Bên cạnh đó khả năng đếm được từng hạt photon, cho phép sử dụng MPPC để khảo sát những hiện tượng lượng tử, góp phần vào việc phát triển tính toán lượng tử.

Các ứng dụng gần nhất có thể phát triển để kiểm định thực phẩm như thịt, sữa mà không cần phải thêm chất hóa học. “Đây là cơ sở để chúng tôi nghĩ về những ứng dụng thực tế như phổ kế huỳnh quang để kiểm định nhanh sữa”, anh nói.

Gần 10 năm nghiên cứu, TS Sơn thực hiện nhiều thí nghiệm quốc tế về neutrino. Khi làm thí nghiệm MINOS (ở Mỹ, từ năm 2011 – 2014) anh đã đo được vận tốc hạt neutrino và truyền đi xa 734 km đến máy dò xa, phù hợp với vận tốc ánh sáng.

Năm 2017, TS Sơn là một trong những thành viên gây dựng nhóm Neutrino thực nghiệm đầu tiên ở Việt Nam. Nhóm thuộc Trung tâm Quốc tế Khoa học và Giáo dục liên ngành (ICISE) nằm ở phường Ghềnh Ráng, TP Quy Nhơn, do GS Trần Thanh Vân dẫn dắt.

Nhóm sau đó tham gia làm thí nghiệm T2K – thí nghiệm quốc tế được đặt ở Nhật Bản cùng với khoảng 500 nhà khoa học từ 12 quốc gia. Kết quả nghiên cứu dấu hiệu phá vỡ đối xứng CP (liên hợp điện tích và đảo ngược chẵn lẻ) trong tương tác neutrino của thí nghiệm T2K được công bố trên tạp chí khoa học hàng đầu thế giới Nature và trở thành một trong 10 công bố nổi bật của thế giới năm 2020. Đóng góp này cũng được ghi nhận là một trong mười sự kiện khoa học và công nghệ nổi bật năm 2020 của Việt Nam.

Năm nay, nhóm nghiên cứu của TS Sơn là đại diện duy nhất ở khu vực Đông Nam Á tham gia thí nghiệm quốc tế Super-Kamiokande (SK) tại Nhật Bản. Super-Kamiokande (SK) là trung tâm quan sát neutrino dưới lòng đất lớn nhất thế giới, đặt tại TP Hida và Gifu thuộc tỉnh Gifu, Nhật Bản.

Thí nghiệm với mục tiêu nghiên cứu vật lý neutrino từ mặt trời, khí quyển và các nguồn do con người tạo ra (từ máy gia tốc và lò phản ứng hạt nhân). Hiện thí nghiệm SK thu hút khoảng 200 nhà khoa học đến từ 40 viện nghiên cứu của 10 quốc gia trên thế giới gồm Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc, Trung Quốc, Ba Lan, Tây Ban Nha, Canada, Anh, Ý và Pháp tham gia.

TS Sơn chia sẻ, anh may mắn khi nhiều lần được tiếp xúc với các nhà khoa học hàng đầu trên thế giới, trong đó nhiều lần gặp gỡ với GS Takaaki Kajita, nhà khoa học Nhật Bản giành được giải thưởng Nobel Vật lý năm 2015. “Tôi ngưỡng mộ sự khiêm nhường của những nhà khoa học chân chính”, TS Sơn nói.

Trong cuộc trò chuyện với VnExpress qua video tại Nhật Bản, ít nhắc về bản thân, anh Sơn say sưa kể về các thí nghiệm. Anh chỉ miêu tả mình luôn “cố gắng hết sức với cả những việc nhỏ”, thích làm việc để nhận ra những khả năng của mình. “Tôi thích học cái gì đó mới thay vì chỉ đi theo lối mòn. Tôi không có ý niệm rõ ràng về thành công, đơn giản chỉ muốn phát triển chính bản thân, trân trọng những gì học được và trải nghiệm trong thời gian ở Mỹ và Nhật Bản”.

Sắp tới, TS Sơn sẽ trở về Việt Nam để tiếp tục nghiên cứu, mở rộng nhóm Neutrino thực nghiệm. Anh mong muốn việc tham gia các thí nghiệm quốc tế và hợp tác giữa các nhóm nghiên cứu trong nước sẽ giúp phát triển phần cứng và đào tạo sinh viên làm việc tại Việt Nam. “Lý do chính tôi trở về là muốn đồng hành cùng các cộng sự Việt Nam trên con đường chinh phục các thử thách của khoa học neutrino và công nghệ ánh sáng yếu”, anh nói.