BICEP2: Khám phá ngoạn mục

Điều đặc biệt, một nhà khoa học người Việt Nam, TS Nguyễn Trọng Hiền, đang làm việc tại phòng thí nghiệm phản lực JPL - Viện Công nghệ Caltech (thuộc NASA ), là thành viên của nhóm nghiên cứu trên.

Phóng viên: Tiến sĩ có thể nói rõ hơn về quá trình thực hiện nghiên cứu BICEP2 vừa được các nhà khoa học thế giới đánh giá là “đáng kinh ngạc”?

TS Nguyễn Trọng Hiền trong một giờ giảng bài cho sinh viên tại Việt Nam

- TS Nguyễn Trọng Hiền: BICEP2 là thế hệ thứ hai của chuỗi các thí nghiệm được chế tạo để phát hiện mức phân cực trong bức xạ nền (BXN) vi ba. Đứng đầu nhóm thí nghiệm này là GS Jamie Bock của Jet Propulsion Laboratory (phòng thí nghiệm phản lực) và Viện Công nghệ Caltech. GS Jamie Bock là người đứng đầu nhóm chế tạo hệ cảm biến vi ba cực kỳ tinh nhạy cho các đài thiên văn không gian. Ông nghĩ đến việc sử dụng những hệ cảm biến này cho các thí nghiệm đo mức phân cực trong BXN tại Nam Cực. Và ông nhận ra rằng để làm thí nghiệm như vậy chỉ cần một thấu kính chừng 30 cm.

Quần thể các đài thiên văn vi ba tại Nam Cực. (Ảnh do TS Nguyễn Trọng Hiền cung cấp)

Thế hệ đầu tiên của chuỗi thí nghiệm này là BICEP hay còn gọi là BICEP1 bắt đầu đi vào quan sát tại Nam Cực từ năm 2006 đến 2008. Tuy nhiên, BICEP1 được ghi nhận không đạt đủ độ tinh nhạy để phát hiện tín hiệu lạm phát.

Đầu năm 2006, một thành viên của BICEP1 thiết kế xong hệ cảm ứng siêu dẫn mới. Chúng tôi nhanh chóng triển khai chế tạo thí nghiệm BICEP2, dùng hệ cảm ứng siêu dẫn. Với hệ cảm ứng này, BICEP2 nhạy hơn BICEP1 đến 10 lần, 3 năm của BICEP2 bằng 30 năm của BICEP1.

Tháng 4-2013, chúng tôi đã bước đầu có được kết quả khai thác từ các dữ liệu của BICEP2 sau 3 năm quan sát (từ năm 2010 đến 2012). Chúng tôi phát hiện ngay rằng có dấu hiệu của B-mode. Đến tháng 12-2013 thì kết quả kiểm chứng, so sánh hoàn tất và chúng tôi nhanh chóng viết bài để công bố kết quả công trình vào ngày 17-3 như thế giới đã biết.

Thưa tiến sĩ, khám phá trên có ý nghĩa như thế nào đối với ngành thiên văn vật lý và vật lý hiện đại nói chung?

- Khám phá B-mode của BICEP2 mang ý nghĩa vô cùng to lớn. Đây là di chỉ để lại trong vũ trụ từ lúc bắt đầu hình thành, chỉ chừng một phần tỉ tỉ tỉ tỉ giây tuổi. Khám phá B-mode của BICEP2 sẽ mở ra cửa ngõ mới để các nhà vật lý tiếp cận vũ trụ ở giai đoạn phôi thai này.

B-mode là bằng chứng mạnh mẽ khẳng định cơ chế lạm phát, đó là khi mà vũ trụ còn nhỏ hơn hạt proton, đã lớn phổng lên một cách thần tốc, rộng hơn gấp triệu lần hệ mặt trời, chỉ trong một “sát na” lạm phát, 1 phần tỉ tỉ tỉ tỉ giây.

Sự giãn nở như thế để lại những hậu quả nhất định cho quá trình phát triển của vũ trụ về sau. Có vẻ như sự tồn vong của mọi sinh linh, từ những thiên hà đến những vì sao, đến sự sống trong vũ trụ đã được sắp xếp từ xa xưa rồi.

Và vì thế, vũ trụ quan của chúng ta sẽ thay đổi ở tầng mức cơ bản nhất. Tôi tin rằng sự thay đổi này tương tự sự thay đổi trong nhận thức của con người khi lần đầu nhận ra trái đất xoay quanh mặt trời chứ không phải ngược lại.

Là một nhà khoa học người Việt tham gia nghiên cứu công trình, tiến sĩ có thể cho biết vai trò của mình trong nghiên cứu trên?

- Tôi tham gia thí nghiệm BICEP1 từ đầu. Tôi đảm nhận vai trò thiết kế thiết bị quan sát, các thiết bị làm lạnh cho BICEP1 và lãnh đạo cuộc thử nghiệm các hệ cảm biến siêu dẫn cho thí nghiệm BICEP2 và Keck (thế hệ tiếp theo của BICEP2). Là người đã từng thực hiện các thí nghiệm về BXN tại Nam Cực hơn 10 năm trước, tôi cũng được mời tham gia các hoạt động quan sát của BICEP1/BICEP2 và Keck tại Nam Cực từ năm 2006, lúc BICEP1 vừa được đưa xuống Nam Cực.

Vì sao tiến sĩ lại chọn thiên văn vật lý? Ngành khoa học này ở Việt Nam còn khá mới mẻ, phải làm gì để ngành này phát triển tại Việt Nam?

- Thiên văn là bộ môn khoa học cổ xưa nhất. Thiên văn thường được biết đến như là những chuyện… trên trời. Có lẽ vì thế mà bộ môn này đã bị người ta nhầm là thiếu thực tế chăng?

Tôi là một nhà vật lý. Bản thân tôi cũng chưa từng qua một lớp học thiên văn nào. Tôi đã từng dạy bộ môn này nhờ học thêm. Và qua đó, tôi thấy thiên văn rất thiết thực trong đời sống của chúng ta.

Một là, thiên văn đóng góp rất lớn cho giáo dục khoa học. Rất nhiều hình ảnh, câu chuyện sinh động liên quan đến những phát minh khoa học, những suy nghĩ, tình cảm của các nhà khoa học khiến cho bài giảng thêm hứng khởi. Hai là, ứng dụng thực tiễn rất cao. Máy chụp ảnh số bắt nguồn từ những nghiên cứu thiên văn. Ba là, thiên văn là mảnh đất màu mỡ cho những nghiên cứu khoa học cơ bản. Phát hiện của BICEP2 là một ví dụ ngoạn mục nhất.

Các kỹ thuật kính thiên văn ngày càng tinh vi cho phép chúng ta có thể xây cất và vận hành đài thiên văn trong nước với nguồn kinh phí tương đối thấp và hiệu quả, chúng ta nên khai thác. Thêm nữa, đội ngũ các nhà thiên văn Việt Nam trong nước và ở nước ngoài đã dần lớn mạnh. Hãy tạo điều kiện cho họ. Nếu xây dựng được một đài thiên văn quang học đúng đắn, đây sẽ là nơi quy tụ tài năng và nguồn tư liệu dồi dào, trước tiên là để phát triển chương trình giáo dục của bộ môn này. Sau đó tạo tiền đề cho hợp tác quốc tế và từ đó, các nhà thiên văn trẻ có thể tham gia vào những vấn đề tiên phong của thiên văn vật lý và vũ trụ học hiện đại.

Kỷ nguyên mới về thiên văn vật lý

PGS-TS Phan Bảo Ngọc, Trưởng Bộ môn Vật lý Trường ĐH Quốc tế - ĐHQG TP HCM, cho rằng phát hiện của BICEP2 nếu được khẳng định sẽ mở ra một kỷ nguyên mới trong ngành thiên văn vật lý. Bằng chứng quan sát này sẽ tạo niềm tin cho các nhà khoa học tập trung xây dựng, hoàn thiện các lý thuyết liên quan đến các giai đoạn đầu tiên của vũ trụ, điều mà trước đây họ vẫn còn nghi ngờ do thiếu các bằng chứng quan sát.

Mặt khác, sự phát hiện sóng hấp dẫn mà qua đó khẳng định tính đúng đắn của lý thuyết về giai đoạn vũ trụ lạm phát (nhiệt độ cỡ 10 ³⁰độ K) cũng là một bằng chứng quan sát ủng hộ các lý thuyết về các giai đoạn sớm hơn nữa của vũ trụ.

Cũng theo PGS-TS Phan Bảo Ngọc, sự phát hiện sóng hấp dẫn này còn có ý nghĩa rất quan trọng trong việc giúp các nhà vật lý xây dựng một lý thuyết của vạn vật (Theory of Everything) nhằm thống nhất tất cả 4 lực cơ bản của vũ trụ (lực điện từ, lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu và lực hấp dẫn).