Các nhà nghiên cứu cho biết, một máy dò đặc biệt dựa trên cơ sở DNA có thể giúp phát hiện vật chất tối và hướng đi của nó trong không gian.
Thí nghiệm vật chất tối XENON1T bao gồm một thùng xenon lỏng khổng lồ trong một khoang ngầm bên dưới núi Gran Sasso ở Ý. Nhiệm vụ của nó là tìm kiếm bằng chứng về vật chất tối mà các nhà thiên văn học không thể nhìn thấy nhưng cho rằng nó lấp đầy vũ trụ. Bởi vì Hệ Mặt Trời đang di chuyển nhanh chóng trong vũ trụ, Trái Đất đáng lẽ phải cày nát đại dương vật chất tối này. Vì vậy, bất kỳ va chạm nào với vật chất tối bên trong XENON1T đều phải xuất phát từ hướng di chuyển của chúng ta. Nhưng có một vấn đề với XENON1T và các máy dò vật chất tối khác giống nó là, mặc dù đáng lẽ có thể nhìn thấy bằng chứng về các hạt vật chất tối, nó lại không thể biết được chúng đang đến từ hướng nào. Và điều đó đặt ra những hạn chế đáng kể đối với những gì các nhà vật lý có thể suy ra từ dữ liệu. Thay vào đó, thứ họ muốn là một máy dò có thể lập bản đồ các dấu vết mà các hạt vật chất tối tạo ra khi chúng đi qua.
Hiện tại, Ciaran O'Hare tại Đại học Sydney ở Úc cùng với các đồng nghiệp nói rằng, họ biết làm thế nào điều này có thể được thực hiện. Nhóm đang nghiên cứu thiết kế một dạng máy dò mới kỳ lạ có thể phát hiện không chỉ sự hiện diện của vật chất tối mà còn cả hướng di chuyển của nó. Nhóm nghiên cứu đã lần đầu tiên mô phỏng cách mà các hạt vật chất tối tương tác bên trong cỗ máy và cho biết nó có những lợi thế đáng kể so với thế hệ máy dò hiện nay.
Khu rừng DNA
Máy dò mới có thiết kế độc đáo dựa trên các sợi DNA. Nó bao gồm một rừng các axit hạt nhân sợi đôi treo trên các lớp kim loại vàng. Mỗi sợi DNA là duy nhất và vị trí của nó trong máy dò được xác định với độ phân giải nanomet. Khi một hạt vật chất tối đi vào máy dò, nó sẽ cắt xuyên qua bất kỳ sợi DNA nào trên đường đi của nó, khiến các phân đoạn bị đứt gãy rơi vào một hệ thống thu thập vi lỏng. Nhóm nghiên cứu cho biết: “Vì trình tự của các cặp bazơ trong phân tử axit nucleic có thể được khuếch đại và đo lường chính xác bằng cách sử dụng phản ứng chuỗi polymerase (PCR), nên vị trí không gian ban đầu của mỗi sợi đứt gãy bên trong máy dò có thể được tái tạo với độ chính xác đến nanomet”. Bằng cách này, các nhà vật lý có thể tái tạo lại dấu vết của hạt vật chất tối thông qua cỗ máy.
Ý tưởng ban đầu về máy dò DNA được đưa ra vào năm 2012 và công trình mới này là mô phỏng đầu tiên để kiểm tra cách phát hiện, nó sẽ hoạt động đối với các hạt vật chất tối thuộc các loại, năng lượng và hướng khác nhau. O'Hare và cộng sự cho biết: “Chúng tôi kết luận rằng máy dò DNA có thể là một công nghệ phát hiện hạt mới hiệu quả về chi phí, di động và mạnh mẽ. Cách tiếp cận mới này có những ưu điểm khác so với các máy dò vật chất tối truyền thống. Thiết bị này rất nhỏ so với những thiết bị khổng lồ được sử dụng để phát hiện vật chất tối ngày nay và thậm chí còn có thể di động. Nó cũng sẽ rẻ hơn đáng kể. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là nó hoàn hảo. Máy dò DNA không cung cấp đủ thông tin để dễ dàng xác định loại hạt vật chất tối hay năng lượng chính xác của nó. Vì lý do đó, các máy dò này có khả năng sẽ được sử dụng kết hợp cùng với dữ liệu từ các máy dò truyền thống.
Quầng vật chất tối
Thay vào đó, ưu điểm chính của loại máy này là khả năng xác định hướng của các hạt. O'Hare và cộng sự cho biết: “Các tín hiệu vật chất tối được cho là có tính định hướng mạnh, một hiện tượng được tạo ra bởi quỹ đạo của Hệ Mặt Trời thông qua quầng vật chất tối bao quanh thiên hà của chúng ta. Việc tìm kiếm các dấu vết phù hợp với hướng quay thiên hà của chúng ta sẽ cho phép một bài kiểm tra thuyết phục về tính xác thực của bất kỳ tín hiệu vật chất tối tiềm năng nào nhưng cũng cho phép phân biệt rõ ràng với các nguồn nhiễu nền như tia vũ trụ, phân rã phóng xạ và neutrino".
Năm ngoái, các nhà vật lý đã tìm thấy bằng chứng bí ẩn trong dữ liệu từ XENON1T cho thấy điều gì đó bất thường. Chính xác là gì thì họ chưa chắc chắn và hiện đang hy vọng có thêm dữ liệu để nghiên cứu hiệu quả tốt hơn. Tương lai sẽ có rất nhiều việc để làm.
Minh Phương
Theo Astronomy
