Ảnh minh họa
Theo National Geographic, một tín hiệu bí ẩn được ghi nhận ở độ sâu gần 1,5 km dưới lòng đất tại Mỹ có 99,5% khả năng liên quan đến một hạt chưa từng được phát hiện. Nếu được xác nhận, đây có thể là bước tiến lớn trong cuộc săn tìm vật chất tối kéo dài gần một thế kỷ.
Ngày 16/6/2023, máy dò LUX-ZEPLIN (LZ), đặt sâu gần 1,5 km dưới lòng đất ở South Dakota (Mỹ), ghi nhận một tín hiệu bất thường. Sau nhiều năm phân tích, các nhà vật lý cho rằng tín hiệu này có thể liên quan đến một hạt vật chất tối.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa thể khẳng định đã phát hiện vật chất tối. Chamkaur Ghag, nhà vật lý tại University College London, gọi đây là “một hiện tượng bất thường đầy hấp dẫn, chứ chưa phải bằng chứng”.
Vật chất tối là một trong những bí ẩn lớn nhất của vật lý hiện đại. Nó không phát sáng, phản xạ hay hấp thụ ánh sáng theo cách vật chất thông thường nên con người không thể quan sát trực tiếp. Dù vậy, các nhà khoa học cho rằng vật chất tối chiếm khoảng 85% tổng lượng vật chất trong vũ trụ. Sự tồn tại của nó được suy ra từ tác động của lực hấp dẫn lên các thiên hà và ánh sáng.
Hiểu đơn giản, vật chất tối giống như một thứ “vô hình” nhưng có lực hấp dẫn, góp phần giữ các thiên hà và cấu trúc lớn của vũ trụ lại với nhau. Vì không thể nhìn thấy trực tiếp, các nhà khoa học không tìm kiếm vật chất tối bằng cách “nhìn” vào nó. Thay vào đó, họ tìm dấu vết mà nó có thể để lại khi va chạm với vật chất thông thường.
Một trong những ứng viên được quan tâm nhất là WIMP - những hạt có khối lượng lớn nhưng tương tác rất yếu với vật chất thông thường. Nếu tồn tại, chúng có thể xuyên qua Trái đất mà hầu như không để lại dấu vết. Chỉ trong những trường hợp cực kỳ hiếm, chúng mới va chạm với các nguyên tử.
Để tìm những va chạm hiếm hoi này, các nhà khoa học xây dựng máy dò LUX-ZEPLIN tại Cơ sở Nghiên cứu dưới lòng đất Sanford ở South Dakota. Điều đặc biệt là hệ thống này nằm bên trong một mỏ vàng cũ, sâu khoảng 4.850 feet, tương đương gần 1,5 km dưới mặt đất.
Việc đưa máy dò xuống sâu như vậy không phải để tìm vàng mà để tránh nhiễu. Trên mặt đất, máy dò có thể bị ảnh hưởng bởi bức xạ từ vũ trụ và nhiều loại hạt khác. Lớp đá dày phía trên giúp che chắn phần lớn những tác động này, tạo ra môi trường yên tĩnh hơn cho thí nghiệm.
Bên trong LZ là một bể chứa xenon lỏng. Nếu một hạt WIMP va vào hạt nhân xenon, vụ va chạm có thể tạo ra một tia sáng cực nhỏ và giải phóng các electron. Tại đây, các cảm biến quang học siêu nhạy ghi nhận những tia sáng rất nhỏ này. Tín hiệu sau đó được chuyển thành dữ liệu số, liên tục được máy tính thu thập và phân tích.
Vấn đề là không phải tín hiệu nào cũng đến từ vật chất tối. Neutron, tia gamma và nhiều loại hạt khác cũng có thể tạo ra những tín hiệu tương tự. Do đó, các nhà khoa học phải sử dụng hệ thống cảm biến, máy tính và các phương pháp phân tích dữ liệu để lọc bỏ tín hiệu nhiễu, tìm ra những sự kiện bất thường và xác định chúng có thể đến từ đâu.
Nói đơn giản, LZ giống như một hệ thống theo dõi những va chạm cực nhỏ. Hàng triệu tín hiệu được ghi lại, sau đó máy tính giúp các nhà khoa học sàng lọc từng sự kiện để tìm ra một tín hiệu thực sự khác biệt.
LZ bắt đầu vận hành khoa học từ tháng 12/2021. Trong giai đoạn từ tháng 3/2023 đến tháng 4/2024, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra rất nhiều tín hiệu và phần lớn đều có thể giải thích bằng những tương tác thông thường.
Một sự kiện xảy ra vào ngày 16/6/2023. Cụ thể, một thứ gì đó đã va vào hạt nhân xenon và tạo ra tín hiệu mà nhóm nghiên cứu chưa thể giải thích bằng các nguồn thông thường. Sau nhiều năm phân tích, các nhà khoa học cho rằng sự kiện này có 99,5% khả năng liên quan đến một hạt chưa từng được phát hiện, có thể là WIMP. Hạt này được ước tính có khối lượng ít nhất gấp 200 lần proton.
“Chỉ sau một lượng công sức khổng lồ của nhóm phân tích, chúng tôi mới nhận ra rằng có thể mình đã tìm thấy một thứ gì đó đặc biệt”, Samuel Eriksen, nhà vật lý tại Đại học Bristol, nói.
Dù vậy, đây vẫn chưa phải một phát hiện chính thức về vật chất tối. Các nhà khoa học cần thêm dữ liệu và những sự kiện tương tự để loại trừ khả năng tín hiệu trên chỉ là một hiện tượng vật lý thông thường chưa được nhận diện.
Cuộc săn tìm vì thế vẫn tiếp tục, trong lòng một mỏ vàng cũ sâu gần 1.500 m, nơi các nhà khoa học đang sử dụng cảm biến siêu nhạy, máy tính và công nghệ phân tích dữ liệu để tìm kiếm một thứ mà con người chưa từng nhìn thấy.