Phát hiện manh mối về vật chất tối bí ẩn

Theo National Geographic, các nhà vật lý ghi nhận một tương tác hạt trong quá trình tiến hành thí nghiệm với thiết bị LUX-ZEPLIN (LZ) tại Cơ sở nghiên cứu dưới lòng đất Sanford (SURF) nằm ở độ sâu 1.524 m bên dưới bang South Dakota, Mỹ, vào ngày 16/6/2023. Trong nghiên cứu công bố hôm 1/9 trên nền tảng Indico, họ thông báo có 99,5% khả năng va chạm này do một loại hạt cấu thành vật chất tối gây ra, gọi là hạt nặng tương tác yếu (WIMP).

Theo Popular Mechanics, thí nghiệm LZ quy tụ 250 nhà khoa học và kỹ sư từ 39 tổ chức, sử dụng máy dò là một bể chứa hơn 7 tấn xenon lỏng siêu tinh khiết. Các hạt đi vào bể và tương tác với nguyên tử xenon tạo ra những tia sáng đặc trưng và dòng electron. Tín hiệu đó có thể được sử dụng để xác định thông tin về hạt đến, bao gồm khối lượng và vị trí của nó bên trong máy dò.

Các nhà khoa học suy đoán, hạt WIMP có thể va chạm với hạt nhân xenon, tạo ra tia sáng đồng thời giải phóng electron. Sau khi rà soát dữ liệu trong 220 ngày từ tháng 3/2023 đến tháng 4/2024, họ tìm thấy tương tác phù hợp với độ tin cậy là 2,6 sigma. Sigma là đại lượng đo độ lệch chuẩn trong thống kê, càng nhiều sigma thì xác suất sai lệch càng thấp, khả năng giả thuyết đúng càng cao. Tiêu chuẩn để xác nhận phát hiện trực tiếp trong vật lý hạt là 5 sigma, tức khoảng 1/3.5 triệu).

Tương tác được ghi nhận vào giữa tháng 6, mùa hè ở Bắc bán cầu là thời điểm Trái Đất đi vào dòng vật chất tối của thiên hà với vận tốc cao nhất. Theo tính toán của nhóm nghiên cứu, nếu một WIMP thực sự gây ra sự kiện, nhiều khả năng nó có khối lượng ít nhất 200 GeV/c2 (gấp 200 lần khối lượng của proton).

Theo Richard Gaitskell, nhà vật lý tại Đại học Brown, phát ngôn viên của thí nghiệm LZ, tuy phát hiện rất hấp dẫn, không loại trừ khả năng nó có thể là vật chất thông thường tương tác theo cách mà các nhà khoa học chưa hiểu rõ.

Các nhà nghiên cứu cần thêm thời gian và dữ liệu để đưa ra kết luận chính xác. Hai thí nghiệm khác ở Italy và Trung Quốc cũng đang tìm kiếm vật chất tối bằng cách sử dụng máy dò xenon lỏng.

Wired cho biết vật chất tối là chất keo vô hình liên kết vũ trụ với nhau, là một trong những thành phần quan trọng và khó nắm bắt nhất trong vật lý thiên văn. Dù chiếm khoảng 85% vật chất trong vũ trụ, vật chất tối không thể quan sát trực tiếp vì nó không tương tác với ánh sáng hay thứ khác. Phần lớn bằng chứng gián tiếp về sự tồn tại của vật chất tối đến từ các hiệu ứng hấp dẫn, khi khối lượng của nó kéo những nguyên tử trong vũ trụ sơ khai để hình thành sao, thiên hà và mạng lưới cấu trúc liên thiên hà rộng lớn có thể nhìn thấy ngày nay.

Giới nghiên cứu thậm chí không biết vật chất tối được tạo thành từ một loại hạt duy nhất hay tập hợp hạt tương tác với nhau theo cách con người chưa thể lý giải. Một trong những lý thuyết phổ biến nhất về vật chất tối đặt tên cho thành phần cấu tạo nên nó là WIMP. Loại hạt tối này có khối lượng và lực hấp dẫn, nhưng tương tác rất yếu với vật chất thông thường.

Nếu WIMP tồn tại, một lượng lớn hạt tối có thể đi qua Trái Đất liên tục mà không để lại dấu vết. Tuy nhiên, nếu hạt tối tương tác với hạt nhân nguyên tử và chuyển một phần năng lượng sang đó, va chạm giữa chúng có thể cung cấp bằng chứng thuyết phục về sự hiện diện của vật chất tối.