Detector vật chất tối nhạy nhất thế giới tìm thấy kết quả vô hiệu

Thí nghiệm vật chất tối Xenon Lớn Dưới lòng đất (LUX) vừa thất bại, không phát hiện bất kì dấu hiệu nào của vật chất tối, khi cuộc tìm kiếm kéo dài 20 tháng của nó, kể cả đợt chạy cuối cùng của nó, kết thúc. Các thí nghiệm mới hiện đang thay thế bể chất dò, nằm sâu một dặm dưới lòng đất tại Cơ sở Nghiên cứu Dưới lòng đất Sanford.

Các nhà khoa học bắt đầu xây dựng LUX vào năm 2012 trong một nỗ lực nhằm tìm kiếm các manh mối về một trong những bí ẩn tồn tại dai dẳng nhất của vũ trụ: vật chất tối. Nếu bạn chưa biết, thì vật chất tối là một chất liệu không nhìn thấy được, chiếm khoảng 20% của vũ trụ. Vấn đề là ở chỗ chúng ta hoàn toàn chẳng biết nó là cái gì.

Đội nghiên cứu bị thuyết phục rằng độ nhạy siêu hạng của LUX sẽ cho phép nó phát hiện bất kì hạt vật chất tối nào, nếu bằng cách nào đó nó đi ngang qua.

Detector LUX hoạt động ở sâu một dặm dưới lòng đất tại Cơ sở Nghiên cứu Dưới lòng đất Sanford ở bang Nam Dakota để ngăn bức xạ nền trong khí quyển gây nhiễu các tín hiệu vật chất tối (nếu có).

Ở sâu một dặm dưới lòng đất, thông lượng tia vũ trụ giảm đi một triệu lần so với tại mặt đất.

Vật chất tối chiếm khoảng 20% thành phần của vũ trụ

Nhưng bất chấp thực tế độ nhạy của LUX thật sự vượt xa các mục tiêu của dự án (gấp bốn lần), nhưng nó không phát hiện được bất kì vết tích nào của một hạt vật chất tối.

Như vậy là kết thúc 20 tháng tìm kiếm của LUX, đợt chạy cuối cùng của nó bắt đầu vào tháng 10 năm 2013.

“Xét về độ nhạy và độ tin cậy thì LUX vượt xa cái chúng ta trông đợi,” phát biểu của giáo sư vật lí Rick Gaitskell tại trường Đại học Brown và là đồng phát ngôn viên cho thí nghiệm LUX. “Chúng tôi luôn muốn có thêm thời gian với các detector của mình, nhưng đã đến lúc rút ra bài học từ LUX và áp dụng cho việc tìm kiếm vật chất tối trong tương lai.”

Thí nghiệm LUX nằm sâu một dặm dưới lòng đất. Ảnh: Carlos H. Faham

Có lẽ bạn đang gãi đầu hỏi, “Làm thế nào chúng ta tìm kiếm vật chất tối khi mà chúng ta chẳng biết nó là cái gì?”

Câu trả lời là tìm kiếm các hạt WIMP, từ viết tắt cho “hạt nặng tương tác yếu”, những hạt giả thuyết là ứng cử viên sáng giá cho vật chất tối và có thể phát hiện được bởi các tương tác mờ nhạt của chúng với các vật khác – mờ nhạt đến mức (trên lí thuyết) chúng đang đi qua mỗi người chúng ta mỗi giây mà chẳng ai để ý gì.

Do bản chất lí thuyết này của vật chất tối nên LUX được chế tạo bằng xenon tinh khiết hóa lỏng, siêu nhạy, nó sẽ lóe sáng khi tiếp xúc với một năng lượng dù là nhỏ nhất bên trong bể chất lỏng. Các cảm biến cực nhạy đủ để phát hiện từng photon độc thân sẽ nhặt được những tín hiệu này.

Mặc dù LUX không tìm được bất kì kết quả dương tính nào, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết thí nghiệm chưa hoàn toàn vô hiệu. Khi LUX dừng hoạt động, một thế hệ detector mới sẽ được lắp vào chỗ của nó để cải tiến cái nó đã khởi xướng.

Thí nghiệm LUX-ZEPLIN (LZ) là một trong những thí nghiệm thế hệ tiếp theo cải tiến thí nghiệm LUX ban đầu, và sẽ thay thế nó tại Cơ sở Nghiên cứu Dưới lòng đất Sanford.

“Các đổi mới của thí nghiệm LUX thiết lập nền tảng cho thí nghiệm LZ,” phát biểu của Harry Nelson thuộc Đại học California, Santa Barbara, phát ngôn viên cho LZ. “Chúng tôi trông đợi LZ thu được độ nhạy gấp 70 lần LUX. Chương trình LZ tiếp tục triển khai các công đoạn bước ngoặc của nó, được sự hỗ trợ tích cực của Sanford Lab, Bộ Năng lượng Hoa Kì và nhiều trường viện hợp tác của nó cùng nhiều nhà khoa học. LZ sẽ đi vào hoạt động vào năm 2020.”

Nguồn: PhysOrg.com