Gần một thập kỷ trước, các thiết bị khoa học đã phát hiện ra những tín hiệu radio kỳ lạ ở Nam Cực. Gần đây, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review Letters đã đưa ra những manh mối quan trọng trong việc tìm hiểu nguồn gốc của những tín hiệu này. Chúng được phát hiện giữa năm 2016 và 2018 bởi Antenna Đột biến Tạm thời Nam Cực (ANITA) của NASA, thiết bị này đã sử dụng những chiếc khinh khí cầu để đưa các công cụ phát hiện lên trên độ cao hơn 29 km so với bề mặt băng giá nhằm mục đích xác định neutrino.
Neutrino là những hạt hạ năng lượng, phổ biến trên vũ trụ. Tuy nhiên, do bản chất "bốc hơi" của chúng, chúng có thể đi xuyên qua nhiều loại vật chất, thậm chí là cả các ngôi sao mà không hề thay đổi. Điều này khiến neutrino trở thành những hạt cực kỳ khó phát hiện, và các nhà vật lý thường gọi chúng là “hạt ma”. Dù vậy, neutrino tương tác với nước và băng, tạo ra xung radio và các vòi phun hạt có thể giúp các nhà khoa học xác định vị trí của chúng thông qua các công cụ mạnh mẽ.
Khi được phát hiện, neutrino có thể cung cấp thông tin ấn tượng về bản chất của các sự kiện vũ trụ diễn ra hàng triệu năm ánh sáng xa. Như Stephanie Wissel, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Bang Pennsylvania đã cho biết, vì neutrino không tương tác với hầu hết các vật chất, các nhà nghiên cứu có thể truy tìm hướng di chuyển của chúng trở lại nguồn gốc, thường là từ một sự kiện vũ trụ cực kỳ mạnh mẽ.
ANITA được thiết kế để phát hiện các xung radio phát ra từ neutrino khi chúng di chuyển qua băng. Tuy nhiên, những tín hiệu kỳ lạ này dường như lại xuất phát từ dưới chân trời—đi qua hàng ngàn km của lớp đá Trái Đất. Những xung này dường như đi ngược lại các hiểu biết hiện tại về vật lý hạt, vì các sóng radio gây ra bởi neutrino không được kỳ vọng có thể đi qua một khối lượng đá lớn như vậy.
Justin Vandenbroucke, một nhà vật lý tại Đại học Wisconsin–Madison, người không tham gia vào nghiên cứu nhưng đã xem xét tài liệu, cho biết các mô hình dự đoán rằng tín hiệu này sẽ đến từ một góc chỉ từ một đến năm độ dưới chân trời—trong khi những tín hiệu này lại đi qua băng với góc 30 độ, khiến các nhà nghiên cứu không thể xác định nguồn gốc của chúng.
Từ đó, các nhà vật lý đã nỗ lực tìm hiểu bản chất của những tín hiệu kỳ lạ này—liệu phát hiện có thể chỉ là một sự ngẫu nhiên hay có thể chỉ ra sự tồn tại của những hạt hoặc tương tác chưa được khám phá. Nghiên cứu gần đây đã sử dụng Đài quan sát Pierre Auger ở Argentina, quy tụ hàng trăm nhà khoa học từ khắp nơi trên thế giới để phân tích 15 năm dữ liệu vũ trụ nhằm giải thích kết quả của ANITA.
Đài quan sát đã sử dụng hai phương pháp khác nhau để cố gắng tìm kiếm những tín hiệu mà ANITA đã phát hiện. Phương pháp đầu tiên cố gắng tìm các hạt năng lượng cao thông qua việc theo dõi tương tác của chúng với nước trong các bể chứa trên Trái Đất; phương pháp thứ hai tìm kiếm sự tương tác của các hạt với ánh sáng tia cực tím ở độ cao trong khí quyển.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu không thể tìm thấy bất kỳ bằng chứng nào cho những tín hiệu tương tự được phát hiện bởi Pierre Auger, cũng như không thể tìm thấy các sự kiện tương tự trong dữ liệu từ Thí nghiệm IceCube ở Nam Cực, cũng đang tìm kiếm neutrino. Nghiên cứu đã kết luận rằng các tín hiệu được ANITA phát hiện không thể do neutrino gây ra, từ đó phân loại chúng là “bất thường”. Nghiên cứu cũng làm rõ rằng tiếng ồn và các tương tác hạt đã biết khác không đóng góp vào các tín hiệu này. Tuy nhiên, mặc dù đã loại trừ một số giả thuyết, các nhà khoa học vẫn chưa chắc chắn nguồn gốc chính xác của những xung radio kỳ lạ này.
"Chúng ta cần nghiên cứu thêm về vấn đề này," Benjamin Flaggs, một nhà vật lý tại Đại học Delaware, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết. "Có những nhà lý thuyết đề xuất một số tương tác ngoài mô hình chuẩn từ các loại hạt khác nhau."
Wissel cũng cho biết, "Tôi đoán rằng một số hiệu ứng truyền sóng radio thú vị xảy ra gần băng và cũng gần chân trời mà tôi chưa hoàn toàn hiểu rõ, nhưng chúng tôi đã khám phá một số điều đó, và chúng tôi cũng chưa tìm thấy bất kỳ điều nào trong số đó."
Giờ đây, các nhà khoa học, bao gồm cả Wissel, hy vọng rằng những công cụ tiên tiến hơn sẽ giúp họ đến gần hơn với câu trả lời cho bí ẩn vật lý kéo dài này. Wissel hiện đang làm việc với Payload for Ultra-high Energy Observations (PUEO), một thiết bị phát hiện dựa trên khinh khí cầu lớn hơn và nhạy hơn gấp mười lần so với ANITA.
“Tôi rất phấn khích vì khi chúng tôi bay PUEO, chúng tôi sẽ có độ nhạy tốt hơn,” Wissel nhận định. “Về nguyên tắc, chúng tôi nên có thể hiểu rõ hơn về những bất thường này, điều này sẽ giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về các bối cảnh của mình và cuối cùng là phát hiện neutrino trong tương lai.”
Nguồn tham khảo: https://www.smithsonianmag.com/smar...ns-of-physics-defying-radio-pulses-180986860/
Neutrino là những hạt hạ năng lượng, phổ biến trên vũ trụ. Tuy nhiên, do bản chất "bốc hơi" của chúng, chúng có thể đi xuyên qua nhiều loại vật chất, thậm chí là cả các ngôi sao mà không hề thay đổi. Điều này khiến neutrino trở thành những hạt cực kỳ khó phát hiện, và các nhà vật lý thường gọi chúng là “hạt ma”. Dù vậy, neutrino tương tác với nước và băng, tạo ra xung radio và các vòi phun hạt có thể giúp các nhà khoa học xác định vị trí của chúng thông qua các công cụ mạnh mẽ.
Khi được phát hiện, neutrino có thể cung cấp thông tin ấn tượng về bản chất của các sự kiện vũ trụ diễn ra hàng triệu năm ánh sáng xa. Như Stephanie Wissel, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Bang Pennsylvania đã cho biết, vì neutrino không tương tác với hầu hết các vật chất, các nhà nghiên cứu có thể truy tìm hướng di chuyển của chúng trở lại nguồn gốc, thường là từ một sự kiện vũ trụ cực kỳ mạnh mẽ.
ANITA được thiết kế để phát hiện các xung radio phát ra từ neutrino khi chúng di chuyển qua băng. Tuy nhiên, những tín hiệu kỳ lạ này dường như lại xuất phát từ dưới chân trời—đi qua hàng ngàn km của lớp đá Trái Đất. Những xung này dường như đi ngược lại các hiểu biết hiện tại về vật lý hạt, vì các sóng radio gây ra bởi neutrino không được kỳ vọng có thể đi qua một khối lượng đá lớn như vậy.
Justin Vandenbroucke, một nhà vật lý tại Đại học Wisconsin–Madison, người không tham gia vào nghiên cứu nhưng đã xem xét tài liệu, cho biết các mô hình dự đoán rằng tín hiệu này sẽ đến từ một góc chỉ từ một đến năm độ dưới chân trời—trong khi những tín hiệu này lại đi qua băng với góc 30 độ, khiến các nhà nghiên cứu không thể xác định nguồn gốc của chúng.
Từ đó, các nhà vật lý đã nỗ lực tìm hiểu bản chất của những tín hiệu kỳ lạ này—liệu phát hiện có thể chỉ là một sự ngẫu nhiên hay có thể chỉ ra sự tồn tại của những hạt hoặc tương tác chưa được khám phá. Nghiên cứu gần đây đã sử dụng Đài quan sát Pierre Auger ở Argentina, quy tụ hàng trăm nhà khoa học từ khắp nơi trên thế giới để phân tích 15 năm dữ liệu vũ trụ nhằm giải thích kết quả của ANITA.
Đài quan sát đã sử dụng hai phương pháp khác nhau để cố gắng tìm kiếm những tín hiệu mà ANITA đã phát hiện. Phương pháp đầu tiên cố gắng tìm các hạt năng lượng cao thông qua việc theo dõi tương tác của chúng với nước trong các bể chứa trên Trái Đất; phương pháp thứ hai tìm kiếm sự tương tác của các hạt với ánh sáng tia cực tím ở độ cao trong khí quyển.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu không thể tìm thấy bất kỳ bằng chứng nào cho những tín hiệu tương tự được phát hiện bởi Pierre Auger, cũng như không thể tìm thấy các sự kiện tương tự trong dữ liệu từ Thí nghiệm IceCube ở Nam Cực, cũng đang tìm kiếm neutrino. Nghiên cứu đã kết luận rằng các tín hiệu được ANITA phát hiện không thể do neutrino gây ra, từ đó phân loại chúng là “bất thường”. Nghiên cứu cũng làm rõ rằng tiếng ồn và các tương tác hạt đã biết khác không đóng góp vào các tín hiệu này. Tuy nhiên, mặc dù đã loại trừ một số giả thuyết, các nhà khoa học vẫn chưa chắc chắn nguồn gốc chính xác của những xung radio kỳ lạ này.
"Chúng ta cần nghiên cứu thêm về vấn đề này," Benjamin Flaggs, một nhà vật lý tại Đại học Delaware, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết. "Có những nhà lý thuyết đề xuất một số tương tác ngoài mô hình chuẩn từ các loại hạt khác nhau."
Wissel cũng cho biết, "Tôi đoán rằng một số hiệu ứng truyền sóng radio thú vị xảy ra gần băng và cũng gần chân trời mà tôi chưa hoàn toàn hiểu rõ, nhưng chúng tôi đã khám phá một số điều đó, và chúng tôi cũng chưa tìm thấy bất kỳ điều nào trong số đó."
Giờ đây, các nhà khoa học, bao gồm cả Wissel, hy vọng rằng những công cụ tiên tiến hơn sẽ giúp họ đến gần hơn với câu trả lời cho bí ẩn vật lý kéo dài này. Wissel hiện đang làm việc với Payload for Ultra-high Energy Observations (PUEO), một thiết bị phát hiện dựa trên khinh khí cầu lớn hơn và nhạy hơn gấp mười lần so với ANITA.
“Tôi rất phấn khích vì khi chúng tôi bay PUEO, chúng tôi sẽ có độ nhạy tốt hơn,” Wissel nhận định. “Về nguyên tắc, chúng tôi nên có thể hiểu rõ hơn về những bất thường này, điều này sẽ giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về các bối cảnh của mình và cuối cùng là phát hiện neutrino trong tương lai.”
Nguồn tham khảo: https://www.smithsonianmag.com/smar...ns-of-physics-defying-radio-pulses-180986860/
