Chỉ một phần nhỏ của vũ trụ là vật chất có thể nhìn thấy. Những phần lớn nhất tạo thành nó là những thứ không thể nhìn thấy gồm vật chất tối và năng lượng tối. Cho tới nay, chúng ta biết rất ít về năng lượng tối. Tuy nhiên đối với vật chất tối thì đã có rất nhiều lý thuyết và thí nghiệm để kiểm chứng sự tồn tại của nó.
Các nhà khoa học tại Đại học Johannes Gutenberg ở Mainz, Đức (JGU) mới đây đã đi tới một lý thuyết mới về cách mà vật chất tối hình thành ở thời điểm rất sớm ngay sau sự khởi đầu của vũ trụ. Mô hình mới này đề xuất một sự thay thế cho WIMP (viết tắt của một mô hình để giải thích cho vật chất tối, có tên đầy đủ là Weakly Interacting Massive Particles/Các hạt nặng tương tác yếu) - một đối tượng đang được nhiều thí nghiệm trong những nghiên cứu hiện tại hướng tới.
Vật chất tối có mặt ở khắp vũ trụ, tạo thành các thiên hà và những cấu trúc lớn nhất vũ trụ. Nó chiếm 23% vũ trụ của chúng ta, trong khi tất cả vật chất chúng ta có thể nhìn thấy - vật chất tạo nên toàn bộ sao, hành tinh và cả sự sống trên Trái Đất - chỉ chiếm khoảng 4% (Đọc bài "Vật chất tối và năng lượng tối"). Giả thuyết hiện tại cho rằng vật chất tối là một di tích từ thời kỳ đầu của vũ trụ và vẫn giữ nguyên tính ổn định kể từ khi nó ra đời.
"Chúng tôi đã đặt nghi vấn cho giả thuyết này, cho thấy rằng ở khởi điểm của vũ trụ vật chất tối có thể đã không ổn định," Tiến sĩ Michael Baker ở nhóm Vật lý năng lượng cao lý thuyết (THEP) thuộc Viện vật lý JGU giải thích. Sự bất ổn này cũng mang tới khả năng tồn tại của một cơ chế mới giải thích cho lượng vật chất tối đã quan sát được trong vũ trụ.
Trong mô hình mới về vật chất tối, hạt Higgs có những tính chất khác so với mô hình chuẩn của vật lý hạt hiện nay. Hình ảnh cho thấy năng lượng của hạt Higg là một hàm trong mô hình.
Sự ổn định của vật chất tối thường được giải thích bằng nguyên lý đối xứng. Tuy nhiên, trong bài báo của mình, Tiến sĩ Michael Baker và Giáo sư Joachim Koop chứng minh rằng vũ trụ có thể đã trải qua một pha mà trong đó đối xứng đã bị phá vỡ. Điều đó có nghĩa là có khả năng những hạt vật chất tối giả định có thể đã bị phân rã trong giai đoạn đó.
Trong kỷ nguyên điện yếu của vũ trụ (đọc bài "Big Bang và bức tranh của chúng ta về vũ trụ"), đối xứng giữ ổn định cho vật chất tối đã phải được thiết lập lại, cho phép nó tiếp tục tồn tại trong vũ trụ cho tới ngày nay.
Với lý thuyết mới này, Baker và Kopp đã mang một nguyên lý mới vào cuộc tranh luận về bản chất của vật chất tối, đưa ra một giải pháp thay thế cho lý thuyết WIMP đang được thừa nhận rộng rãi ngày nay. Cho tới nay, các hạt nặng tương tác yếu (các WIMP) được coi là thành phần chính của vật chất tối, và các thí nghiệm thực hiện trong các máy dò được bảo vệ cẩn thận đặt dưới lòng đất đã được thực hiện để tìm kiếm chúng.
"Việc không có bất kỳ tín hiệu thuyết phục nào dẫn chúng tôi tới việc bắt đầu tìm kiếm giải pháp thay thế cho mô hình WIMP," Kopp nói. Hai nhà vật lý xác nhận rằng cơ chế mới mà họ đề xuất có thể liên quan tới sự bất đối xứng của vật chất và phản vật chất trong vũ trụ (đọc bài "Phản hạt và phản vật chất") và có thể để lại dấu ấn mà sau này sẽ xác định được qua các thí nghiệm thực hiện trên sóng hấp dẫn.
Trong bài báo đã công bố trên Physical Review Letters, Baker và Kopp cũng chỉ ra triển vọng về việc tìm ra bằng chứng cho nguyên lý của họ nhờ máy gia tốc hạt LHC của CERN và những cơ sở thí nghiệm khác.
Bryan
Theo Science Daily
