Cuộc săn lùng photon tối giải mã bí ẩn lớn nhất của vật lý hiện đại

Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) bắt đầu tiến hành thí nghiệm tìm kiếm photon tối bí ẩn. Ảnh: Maximilien Brice.

Vật chất tối chiếm khoảng 85% vũ trụ, nó không tương tác với quang phổ điện từ nên trở thành vô hình trước công cụ quan sát hiện nay của con người, trở thành bí ẩn lớn nhất mà nền vật lý hiện đại phải khám phá, theo Science Alert.

Theo giả thuyết về vật chất tối, ngoài trọng lực phải có một lực khác chưa được biết đến hoạt động trong vũ trụ để thông qua đó vật chất tối tác động qua lại với vật chất nhìn thấy được. Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng lực này được tạo thành và truyền tải bởi một cầu nối gọi là "photon tối".

"Có thể lấy hình ảnh ẩn dụ như sau: Một cuộc đối thoại không thể xảy ra giữa hai người không nói cùng một ngôn ngữ (vật chất nhìn thấy được và vật chất tối). Nhưng nó sẽ xảy ra khi có mặt của một phiên dịch viên (photon tối)", Sergei Gninenko, phát ngôn viên của CERN cho biết.

Dù nhiều nhà khoa học ủng hộ giả thuyết trên, nhưng chưa ai thực sự tìm thấy photon tối và mô tả chắc chắn về hoạt động của nó trước đây. Mọi chuyện sẽ sớm thay đổi khi một nhóm nghiên cứu quốc tế tại CERN đang chuẩn bị thực hiện thí nghiệm tìm kiếm photon tối.

Dự án của CERN mang tên NA64 sẽ cố gắng tìm thấy dấu vết tương tác giữa vật chất nhìn thấy được và vật chất tối thông qua định luật bảo toàn năng lượng. Định luật này nói rằng, tổng năng lượng trong một hệ kín không đổi theo thời gian. Các nhà khoa học có thể đo chính xác năng lượng bên trong một hệ cô lập.

Sau khi tạo ra các photon từ chùm electron bên trong máy gia tốc hạt, nếu nhóm nghiên cứu phát hiện có sự thay đổi năng lượng thì đây chính là dấu hiệu cho thấy một thứ gì đó vô hình đang hoạt động bên trong hệ thống. Đó có thể là photon tối.

"Một chùm electron có mức năng lượng cụ thể được bắn vào máy dò. Sự tương tác giữa electron đến và hạt nhân nguyên tử trong máy dò tạo ra những photon có thể nhìn thấy được. Năng lượng của các photon này được đo và nó sẽ tương đương với năng lượng của các electron. Nhưng nếu photon tối tồn tại, chúng không bị phát hiện và mang đi phần lớn năng lượng electron ban đầu", nhóm nghiên cứu dự án NA64 giải thích.

Dựa vào mức năng lượng biến mất, nhóm nghiên cứu sẽ xác định dấu vết và khả năng tồn tại của photon tối bí ẩn. Việc tìm ra photon tối là bước đi đầu tiên để xác định vật chất tối và hoạt động của nó trong vũ trụ.

Xem thêm: Cuộc đua tìm vật chất tối

Lê Hùng