Các kết quả đầu tiên của phổ từ kế alpha (Alpha Magnetic Spectrometer) đã cải tiến những kết quả trước đó về vật chất tối, hứa hẹn một tương lai sáng sủa hơn cho hướng nghiên cứu này.
Thí nghiệm AMS trên ISS
Thí nghiệm AMS có thể sẽ được xây dựng để hướng tới tìm kiếm các bằng chứng về vật chất tối thông qua đánh giá kết quả đầu tiên của nó.
Detector của AMS hoạt động ở khoảng cách hơn 200 dặm bên ngoài trái đất, bên cạnh trạm không gian quốc tế ISS. Nó được sử dụng để đo điện tích của các tia vũ trụ, các hạt có năng lượng cao có nguồn gốc từ bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta.
Kết quả đầu tiên của thí nghiệm được công bố cho thấy sự dư thừa các hạt phản vật chất - nhiều hơn con số mong đợi đến từ va chạm các tia vũ trụ - trong một phạm vi năng lượng nhất định.
Có hai lý giải hoàn hảo cho sự dư thừa này. Các hạt phản vật chất gọi là positron được hình thành từ các va chạm giữa các hạt vật chất tối và phản hạt của chúng trong không gian. Hoặc một thiên thể, chẳng hạn như một pulsar (ẩn tinh), có thể bắn chúng vào hệ mặt trời của chúng ta.
May thay, chỉ có hai cách để lý giải cho kết quả thí nghiệm.
Nếu các hạt vật chất tối là thủ phạm, thì sự dư thừa positron sẽ biến mất đột ngột trên một năng lượng nhất định. Nhưng nếu các ẩn tinh chịu trách nhiệm cho vụ này thì ở các mức năng lượng cao hơn, phần dư thừa này sẽ biến mất dần dần.
“Cách mà chúng biến mất nói cho bạn về mọi thứ”, phát biểu của người phát ngôn AMS, Sam Ting (Nhà vật lý người Mỹ, gốc Trung Quốc, đồng giải Nobel vật lý 1976, với công trình phát hiện ra hạt meson J/psi (ND)) đã phát biểu trong một bài báo cáo tại CERN, trung tâm hạt nhân Châu Âu.
Kết quả của AMS được đăng trên tạp chí Physical Review Letters vào ngày 5 tháng 4, bao gồm các dữ liệu từ dãy năng lượng từ 0,5 đến 350 GeV. Một đồ thị về thông lượng của positron trên thông lượng của các electron và positron có hình dạng như một thung lũng, điểm sâu nhất trên đồ thị tương ứng với năng lượng thấp nhấp vào khoảng 0,5 đến 10 GeV và sau đó tăng đều đặn từ 10 đến 250 GeV. Sau điểm đó, năng lượng bắt đầu lõm xuống một lần nữa - nhưng đồ thị bị cắt ngay trước khi người ta có thể bàn luận cho dù điều này là đột ngột biến mất như dự kiến trong các mô hình vật chất tối hoặc dần dần dần dần biến mất như dự kiến trong các mô hình pulsar. Điều này khẳng định các kết quả trước đó từ thí nghiệm PAMELA, với độ chính xác cao hơn.
Ting mỉm cười trong khi trình bày về điều này như một câu chuyện hấp dẫn được kể từng phần trên đài phát thanh, ông chỉ vào một góc rỗng của biểu đồ. “ Ở đây, những gì xảy ra sẽ là một điều thú vị tuyệt vời”, ông nói.
“Đương nhiên chúng ta cảm nhận những gì đang diễn ra”, ông nói. “ Nhưng có lẽ còn quá sớm để thảo luận về điều này.”
Ting tiếp tục trình bày về những dữ liệu được thu thập ở mức năng lượng cao hơn, và khuyên những khán giả tò mò nên đợi cho đến khi những thí nghiệm có đủ thông tin để trình bày một kết quả có ý nghĩa thống kê cao hơn.
“Tôi đã làm việc ở CERN nhiều năm. Tôi không bao giờ mắc sai lầm trong bất kỳ một thí nghiệm nào.” ông nói. “Và đây là một thí nghiệm rất khó”.
Cách thứ hai để xác định nguồn gốc của các positron dư thừa là xem xét nơi mà chúng đến. Nếu các positron này tương tác với detector từ mọi hướng, chúng có thể là do sự khuếch tán của vật chất tối. Nhưng nếu chúng đến từ một hướng xác định thì chúng có thể đến từ một pulsar.
Cho đến nay, kết quả nghiêng về lời giải thích vật chất tối, với các positron đến từ tất cả các hướng. Nhưng các nhà khoa học của AMS cần phải thu thập nhiều dữ liệu hơn để khẳng định điều này chắc chắn.
Kết quả phân tích từ 25 tỉ sự kiện tia vũ trụ được ghi nhận trong khoảng 18 tháng vào năm 2011 và 2012. Trong khoảng thời gian đó, các nhà khoa học AMS đã xác định được khoảng 6,4 triệu electron và hơn 400.000 positron.
Tuy nhiên, đây chỉ mới có khoảng 10% dữ liệu mà các nhà khoa học AMS dự kiến thu thập. Họ sẽ “từ từ” công bố các kết quả tiếp theo của họ, Ting cho biết. Mất 18 năm làm việc siêng năng để có được những kết quả cho đến thời điểm này.
“Tôi nghĩ trong 20 năm tới, có lẽ không ai đủ ngu ngốc để lặp lại những gì mà chúng tôi đang làm”, ông nói. “ Và vì thế chúng tối muốn nó phải thật chính xác”.
Bin Hô dịch
Nguồn: Kathryn Jepsen (Symmetry Magazine)
![[Ebook] Những câu hỏi và bài tập vật lí phổ thông](/bai-viet/images/2013/07/cauhoivabaitap.png)
