Chuyện kì lạ vừa xảy ra ở Nam Cực. Một khí cầu lơ lửng trên hoang mạc băng giá có thể vừa phát hiện một hạt lạ không thể lí giải bằng hiểu biết hiện nay của chúng ta về vật lí học.
Detector Anten Xung Nhanh Nam Cực (ANITA) của NASA là một ma trận anten vô tuyến gắn trên một khí cầu khổng lồ bay trên cao độ 37 km phía trên lục địa Nam Cực. Nó tìm kiếm các xung vô tuyến phát ra bởi những đối tượng như hạt tau, một loại electron nặng, ló ra từ nền băng. Điều này xảy ra khi những hạt gọi là neutrino phân huỷ khi chúng từ không gian bên ngoài đi xuyên qua Trái Đất. ANITA còn tìm kiếm những cơn mưa vũ trụ, một dạng bức xạ năng lượng cao đến từ không gian.
Nhưng hồi năm 2006 và 2014, detector này nhìn thấy hai sự kiện chẳng giống chút nào với hai điều vừa nêu. Chúng đi tới anten của ANITA ở những góc xiên, ló ra khỏi Trái Đất ở góc 27 và 35 độ bên dưới phương ngang. Thông thường, chỉ khi nào một tia vũ trụ bị phản xạ bởi nền băng mới đạt tới những góc này, nhưng những tia như vậy thường có sự phân cực, hay định hướng, của chúng đảo ngược lại. Những tín hiệu này không bị đảo ngược nên không thể nào đến từ nền băng.
Derek Fox tại Đại học Bang Pennsylvania và các cộng sự của ông muốn nghiên cứu xem phải chăng những tín hiệu này là dấu hiệu của một hạt mới vượt ngoài mô hình chuẩn, bản mô tả tốt nhất hiện nay của chúng ta về cách các hạt và các lực tương tác với nhau. Họ cho chạy các chương trình mô phỏng 1 tỉ neutrino đi xuyên qua Trái Đất. Họ loại trừ khả năng ANITA dò thấy hạt tau từ các neutrino này ở những góc xiên như vậy với độ tin cậy 5,8 sigma – một số đo thống kê. Các nhà vật lí thường xem những thứ trên 5 sigma là một khám phá quan trọng (arxiv.org/abs/1809.09615).
Triển khai thí nghiệm ANITA ở Nam Cực
“Đó là lí do vì sao cần thiết phải nhìn vượt ngoài mô hình chuẩn,” Fox nói. “Nếu không, tính chất của những sự kiện này là không chắc.”
Ông và đội của mình đề xuất rằng đằng sau tín hiệu bí ẩn ấy chính là hạt tau siêu đối xứng, stau, đã được nêu ra lâu nay. Siêu đối xứng là một mở rộng lí thuyết của mô hình chuẩn đề xuất rằng mỗi hạt sơ cấp đều có một đối hạt, hay ‘siêu hạt’, nặng hơn nó nhiều lần.
Theo lời Fox thì các mô hình siêu đối xứng mô tả được loại tín hiệu mà đội của ông nhìn thấy. Chúng bao gồm một hạt tích điện khối lượng lớn, phân huỷ thành hạt tau và có thời gian sống đủ lâu để nó có thể đi xuyên qua bề dày 6000 km của Trái Đất. “Bingo,” Fox nói.
“Lời giải thích chính thức của chúng tôi cho các sự kiện mình tìm thấy là chúng tôi không dám chắc chúng là cái gì,” phát biểu của Stephanie Wissel tại Đại học Bách khoa Bang California, một thành viên của nhóm hợp tác ANITA. Nhưng theo bà lời giải thích sẽ là các tia vũ trụ bình thường.
Theo Wissel, nếu những hạt stau này có tồn tại, thì hẳn những thí nghiệm khác phải nhìn thấy chúng. Chẳng hạn, Đài thiên văn Neutrino IceCube, cũng ở Nam Cực, vẫn đang dò tìm neutrino kể từ năm 2010. Nhưng nó được bố trí sâu dưới lớp băng, thành ra nó không nhìn thấy các hạt trong không khí như anten ANITA.
Avi Loeb tại Đại học Harvard cho biết chúng ta cần có thêm bằng chứng để xác nhận những hạt này không phải do sai sót trong giải thích thực nghiệm, nhưng các kết quả cho đến nay là rất thuyết phục.
“Bằng chứng nhiều mặt trình bày trong công trình này không chừa chỗ ngọ nguậy nào để mà lí giải hai sự kiện ANITA với các hạt mô hình chuẩn đã biết,” ông nói.
Nguồn: New Scientist
