Các nhà khoa học đang có những kết quả đầu tiên tuần này trong một thí nghiệm tìm kiếm những dấu hiệu của vật chất tối ở dạng các bong bóng nhỏ. Các nhà khoa học sẽ cần phân tích thêm để khẳng định có phải vật chất tối đã gây ra những bong bóng đầu tiên trong thí nghiệm COUPP-50 tại phòng thí nghiệm khoa học dưới mặt đất SNOLAB ở Ontario, Canada hay không. Vật chất tối chiếm khoảng hơn 90% toàn bộ vật chất trong vũ trụ, nhưng các kính thiên văn của chúng ta lại không thể quan sát được nó.
“Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một thiết bị dò tìm nhạy bén nhất để tìm được những hạt chúng ta chưa hiểu rõ,” theo lời của Hugh Lippincott, một nhà khoa học sau tiến sĩ tại Khoa Năng lượng của Phòng thí nghiệm gia tốc Fermi. Lippincott đã dành phần lớn thời gian trong những tháng qua chỉ đạo sự lắp ráp một thiết bị dò tìm đặc biệt tại SNOLAB, sâu dưới mặt đất 1,5 dặm.
COUPP-60 là một thí nghiệm vật chất tối được tài trợ bởi Văn phòng Khoa học của DOE. Fermilab quản lý sự lắp ráp thiết bị dò tìm của thí nghiệm. Chỉ đạo thí nghiệm là Juan Collar, giáo sư vật lý tại Đại học Chicago.
“Việc tiến hành thí nghiệm COUPP-60 tại SNOLAB là kết quả của một thập kỉ nghiên cứu tại Đại học Chicago và Fermilab,” Collar phát biểu. “Thiệt bị này có khả năng trở thành máy dò tìm vật chất tối nhạy nhất thế giới, cho cả hai cách tương tác đã được dự đoán từ Các phân tử lớn tương tác yếu.
Máy dò COUPP-60 là một bình chứa 60 kg nước tinh khiết và CF3I – một nguyên liệu tìm thấy trong các bình dập lửa. Chất lỏng của máy dò được giữ ở nhiệt độ và áp suất cao hơn điểm sôi một chút, nhưng nó cần thêm một chút năng lượng nữa để thực sự tạo bong bóng. Khi một hạt đi ngang qua đi vào máy dò và tác động lên một nguyên tử trong dung dịch trong suốt, lượng năng lượng này sẽ được cung cấp.
“Các hạt vật chất tối, hiếm khi tương tác với các vật chất khác theo suy nghĩ của các nhà khoa học, sẽ tạo thành những bong bóng riêng trong bình COUPP-60.
“Những trường hợp như thế này khá hiếm nên chúng tôi chỉ mong chờ một vài trường hợp trong 1 năm,” theo lời của Lippincott. Các hạt khác, thường gặp và hay tương tác hơn như neutron có thể sẽ để lại một vài bong bóng khi chúng đi qua.
Trong những tháng tới, các nhà khoa học sẽ phân tích các bong bóng được tạo ra trong máy dò để kiểm tra sự hoạt động của COUPP-60 và khẳng định xem liệu họ có tìm được dấu vết của vật chất tối. Một trong những lợi thế của máy dò là nó có thể chứa một chất lỏng khác, nếu các nhà khoa học muốn thay đổi kĩ thuật của họ.
“Chúng tôi đang thiết kế một phòng chứa 500 kg và dự định sẽ lắp ráp ở cùng địa điểm bắt đầu từ 2015,” Collar nói.
Máy dò COUPP-60 là thiết bị mới nhất trong một chuỗi các thí nghiệm vật chất tối đang được tiến hành tại SNOLAB. Các nhà khoa học tiến hành các thí nghiệm vật chất tối ở dưới mặt đất để tránh các hạt nền khác liên tục tới Trái Đất từ ngoài không gian. Các hạt vật chất tối có thể di chuyển qua 1,5 dặm đá để tới phòng thí nghiệm, trong khi hầu hết các hạt khác không thể.
Các nhà khoa học còn bảo vệ máy dò COUPP-60 khỏi neutron và các hạt khác bằng cách bao quanh nó với 7000 gallon nước.
Các nhà khoa học đầu tiên đặt ra giả thuyết về sự tồn tại của vật chất tối vào những năm 1930, khi họ phát hiện ra vật chất nhìn thấy được không thể giải thích cho vận tốc quay của các thiên hà. Các bằng chứng khác, ví dụ như thấu kính hấp dẫn bóp méo các quan sát của chúng ta về các ngôi sao ở xa và việc chúng ta không thể giải thích được cách các thiên hà khác kết dính nếu không phải nhờ trọng lượng vật chất tối, đã cho cơ sở chắc chắn hơn về sự tồn tại của vật chất tối.
Các nhà thiên văn vật lý học nghĩ rằng vật chất tối chiếm khoảng 1/4 vật chất và năng lượng trong vũ trụ. Nhưng chưa ai từng thực sự quan sát các hạt vật chất tối.
Thí nghiệm COUPP (Đài quan sát các hạt vật lý dưới mặt đất của Chicagoland) gồm các nhà khoa học, các nhà kĩ thuật và học sinh từ Đại học Chicago, Đại học South Bend của Indianna, Đại học Northwestern, Đại học Valencia, Virginia Tech, Fermilab, Phòng thí nghiệm quốc gia Pacific Northwest và SNOLAB.
Quỳnh Chi (VACA)
Theo Science Daily
