Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đang tiến gần đến việc khám phá những bí ẩn của vật chất tối, một trong những nguồn năng lượng mạnh mẽ nhất vũ trụ. Một khi xác nhận được loại vật chất khó nắm bắt này, chúng ta có thể phải viết lại những quy tắc mà vũ trụ của chúng ta đang hoạt động.
Tại Trung Quốc, các nhà vật lý hàng đầu từ khắp nơi trên thế giới đang làm việc trong một phòng thí nghiệm đặc biệt mang tên China Jinping Underground Laboratory, nằm sâu khoảng 2.400 mét dưới lòng đất. Từ khi được khánh thành năm 2010, nơi đây đã thiết lập kỷ lục là địa điểm lớn nhất trên thế giới để phát hiện vật chất tối, mặc dù chỉ chính thức đi vào hoạt động từ tháng 12 năm 2023.
Vật chất tối được cho là chiếm gần 85% tổng khối lượng của vũ trụ, nhưng cho đến nay, chỉ có thể biết đến nó thông qua ảnh hưởng từ lực hấp dẫn của nó. Yeongduk Kim, một nhà nghiên cứu về vật chất tối, cho biết rằng vật chất tối là một trong những “hệ quả kỳ lạ” nhất của vũ trụ. Mặc dù đã có nhiều báo cáo về việc phát hiện vật chất tối trong những thập kỷ qua, phần lớn chúng đều là tín hiệu giả.
Kim đã dành hơn 30 năm để tìm kiếm vật chất tối và nhận thức rằng có thể ông và các đồng nghiệp sẽ không có gì để cho thấy cho những nỗ lực của họ. Thế nhưng, mọi người vẫn không chùn bước – chính sự không chắc chắn này dường như là động lực thúc đẩy họ khám phá danh tính của vật chất tối. Ai cũng thống nhất rằng việc xác nhận sự tồn tại của nó sẽ làm thay đổi cách chúng ta hiểu về vũ trụ. Sự phong phú của vật chất tối có thể được lý thuyết hóa là một nguồn năng lượng miễn phí và không giới hạn.
Vậy làm sao để khai thác nguồn năng lượng từ những hạt chưa được biết đến này? Dựa trên lý thuyết chuẩn về vật lý hạt, Kim giải thích rằng lý thuyết này có thể giải thích gần như mọi khía cạnh của tự nhiên, ngoại trừ vật chất tối. Daniel Hooper, một nhà vũ trụ học tại Fermilab, cho biết những hạt này không tương tác nhiều với vật chất thông thường, nếu không chúng ta đã phát hiện ra chúng rồi.
Để tìm ra sự thật về vật chất tối này, nghiên cứu tiên tiến đang diễn ra sâu dưới mặt đất, nơi chỉ có một phần triệu tia vũ trụ từ mặt trời có thể xâm nhập được không gian tối tăm này. Thí nghiệm của CJUL bao gồm hai dự án lớn: PandaX và China Dark Matter Experiment (CDEX). Chúng đang tìm kiếm các hạt nặng tương tác yếu (WIMPs) – một loại hạt hạ nguyên tử mà rất hiếm khi tương tác với vật chất thông thường.
Các nhà khoa học đã chọn khí xenon và germani là hai ứng viên tốt nhất cho việc tìm kiếm tương tác với vật chất tối. Những loại khí này không dễ dàng phản ứng với các loại vật chất khác, vì vậy bất kỳ tương tác nào xảy ra giữa chúng và WIMPs đều có khả năng do sự hiện diện của WIMPs. Một điều làm CJUL trở nên độc đáo là việc sử dụng cả xenon và germani, trong khi các cơ sở cạnh tranh khác chỉ sử dụng xenon.
Nghiên cứu về vật chất tối này không chỉ dừng lại ở việc phát hiện tín hiệu mà còn mong muốn giải quyết nhiều câu hỏi cơ bản về vũ trụ. Khi xem xét định luật hấp dẫn, các nhà khoa học nhận thấy rằng tốc độ quay của các thiên hà không thể được giải thích chỉ bằng những gì có sẵn. Để giải thích điều này, vật chất tối có thể là một phần thiết yếu.
Mặc dù chưa phát hiện ra vật chất tối, chúng ta vẫn đang ở trong một thời kỳ tương tự như những thế kỷ trước, khi con người bắt đầu khám phá không khí. Hooper cho biết, có thể một ngày nào đó, chúng ta sẽ hiểu rõ về vật chất tối, giống như cách mà chúng ta đã hiểu về không khí, từ đó mở ra nhiều ứng dụng kỳ diệu mà hiện tại có thể chưa thể hình dung nổi.
Cuộc hành trình đi tìm vật chất tối này không chỉ đơn thuần là một cuộc tìm kiếm mạo hiểm mà còn như một cách để hiểu rõ hơn về chính vũ trụ mà chúng ta đang sống.
Tại Trung Quốc, các nhà vật lý hàng đầu từ khắp nơi trên thế giới đang làm việc trong một phòng thí nghiệm đặc biệt mang tên China Jinping Underground Laboratory, nằm sâu khoảng 2.400 mét dưới lòng đất. Từ khi được khánh thành năm 2010, nơi đây đã thiết lập kỷ lục là địa điểm lớn nhất trên thế giới để phát hiện vật chất tối, mặc dù chỉ chính thức đi vào hoạt động từ tháng 12 năm 2023.
Vật chất tối được cho là chiếm gần 85% tổng khối lượng của vũ trụ, nhưng cho đến nay, chỉ có thể biết đến nó thông qua ảnh hưởng từ lực hấp dẫn của nó. Yeongduk Kim, một nhà nghiên cứu về vật chất tối, cho biết rằng vật chất tối là một trong những “hệ quả kỳ lạ” nhất của vũ trụ. Mặc dù đã có nhiều báo cáo về việc phát hiện vật chất tối trong những thập kỷ qua, phần lớn chúng đều là tín hiệu giả.
Kim đã dành hơn 30 năm để tìm kiếm vật chất tối và nhận thức rằng có thể ông và các đồng nghiệp sẽ không có gì để cho thấy cho những nỗ lực của họ. Thế nhưng, mọi người vẫn không chùn bước – chính sự không chắc chắn này dường như là động lực thúc đẩy họ khám phá danh tính của vật chất tối. Ai cũng thống nhất rằng việc xác nhận sự tồn tại của nó sẽ làm thay đổi cách chúng ta hiểu về vũ trụ. Sự phong phú của vật chất tối có thể được lý thuyết hóa là một nguồn năng lượng miễn phí và không giới hạn.
Vậy làm sao để khai thác nguồn năng lượng từ những hạt chưa được biết đến này? Dựa trên lý thuyết chuẩn về vật lý hạt, Kim giải thích rằng lý thuyết này có thể giải thích gần như mọi khía cạnh của tự nhiên, ngoại trừ vật chất tối. Daniel Hooper, một nhà vũ trụ học tại Fermilab, cho biết những hạt này không tương tác nhiều với vật chất thông thường, nếu không chúng ta đã phát hiện ra chúng rồi.
Để tìm ra sự thật về vật chất tối này, nghiên cứu tiên tiến đang diễn ra sâu dưới mặt đất, nơi chỉ có một phần triệu tia vũ trụ từ mặt trời có thể xâm nhập được không gian tối tăm này. Thí nghiệm của CJUL bao gồm hai dự án lớn: PandaX và China Dark Matter Experiment (CDEX). Chúng đang tìm kiếm các hạt nặng tương tác yếu (WIMPs) – một loại hạt hạ nguyên tử mà rất hiếm khi tương tác với vật chất thông thường.
Các nhà khoa học đã chọn khí xenon và germani là hai ứng viên tốt nhất cho việc tìm kiếm tương tác với vật chất tối. Những loại khí này không dễ dàng phản ứng với các loại vật chất khác, vì vậy bất kỳ tương tác nào xảy ra giữa chúng và WIMPs đều có khả năng do sự hiện diện của WIMPs. Một điều làm CJUL trở nên độc đáo là việc sử dụng cả xenon và germani, trong khi các cơ sở cạnh tranh khác chỉ sử dụng xenon.
Nghiên cứu về vật chất tối này không chỉ dừng lại ở việc phát hiện tín hiệu mà còn mong muốn giải quyết nhiều câu hỏi cơ bản về vũ trụ. Khi xem xét định luật hấp dẫn, các nhà khoa học nhận thấy rằng tốc độ quay của các thiên hà không thể được giải thích chỉ bằng những gì có sẵn. Để giải thích điều này, vật chất tối có thể là một phần thiết yếu.
Mặc dù chưa phát hiện ra vật chất tối, chúng ta vẫn đang ở trong một thời kỳ tương tự như những thế kỷ trước, khi con người bắt đầu khám phá không khí. Hooper cho biết, có thể một ngày nào đó, chúng ta sẽ hiểu rõ về vật chất tối, giống như cách mà chúng ta đã hiểu về không khí, từ đó mở ra nhiều ứng dụng kỳ diệu mà hiện tại có thể chưa thể hình dung nổi.
Cuộc hành trình đi tìm vật chất tối này không chỉ đơn thuần là một cuộc tìm kiếm mạo hiểm mà còn như một cách để hiểu rõ hơn về chính vũ trụ mà chúng ta đang sống.
