Photon tối: Chìa khóa để làm sáng tỏ bí ẩn vật chất tối?

Những hiểu biết mới về vật chất tối xuất hiện khi các nhà nghiên cứu khám phá giả thuyết về "photon tối", và điều này đã đưa ra những thách thức nhất định cho giả thuyết mô hình chuẩn.

Được dẫn dắt bởi các chuyên gia tại Đại học Adelaide, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã phát hiện thêm manh mối trong nỗ lực tìm hiểu sâu hơn về bản chất của vật chất tối.

Giáo sư Anthony Thomas, giáo sư Vật lý của Đại học Adelaide cho biết: "Vật chất tối chiếm tới 84% vật chất trong vũ trụ nhưng chúng ta biết rất ít về nó".

"Sự tồn tại của vật chất tối đã được xác định chắc chắn từ các tương tác hấp dẫn của nó, tuy nhiên bản chất chính xác của nó vẫn chưa được hiểu biết đầy đủ bất chấp những nỗ lực hết mình của các nhà vật lý trên khắp thế giới".

"Chìa khóa để hiểu bí ẩn này có thể nằm ở photon tối, một hạt khối lượng lớn theo lý thuyết có thể đóng vai trò là cánh cổng giữa vùng tối của các hạt và vật chất thông thường".

Vật chất tối chiếm khoảng 85% vũ trụ, nó không tương tác với quang phổ điện từ nên trở thành vô hình trước công cụ quan sát hiện nay của con người, trở thành bí ẩn lớn nhất mà nền vật lý hiện đại phải khám phá. Theo giả thuyết về vật chất tối, ngoài trọng lực phải có một lực khác chưa được biết đến hoạt động trong vũ trụ để thông qua đó vật chất tối tác động qua lại với vật chất nhìn thấy được. Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng lực này được tạo thành và truyền tải bởi một cầu nối gọi là "photon tối". (Ảnh: Science Alert).

Photon tối và ý nghĩa của nó

Vật chất thông thường, thứ mà chúng ta và thế giới vật chất của chúng ta được tạo thành, ít dồi dào hơn vật chất tối: vật chất tối tồn tại nhiều gấp nhiều lần so với vật chất thông thường. Tìm hiểu thêm về vật chất tối là một trong những thách thức lớn nhất đối với các nhà vật lý trên khắp thế giới.

Photon tối là một hạt khu vực ẩn giả thuyết, được đề xuất như một chất mang lực tương tự như photon của điện từ nhưng có khả năng kết nối với vật chất tối. Kiểm tra các lý thuyết hiện có về vật chất tối là một trong những phương pháp tiếp cận mà các nhà khoa học như giáo sư Thomas, cùng với các đồng nghiệp là giáo sư Martin White, tiến sĩ Xuangong Wang và Nicholas Hunt-Smith, thành viên của Trung tâm Xuất sắc của Hội đồng Nghiên cứu Úc (ARC) đang thực hiện.

Một số giả thuyết cho rằng ngoài trọng lực, các hạt vật chất tối có thể tương tác với vật chất nhìn thấy được qua một lực lượng mới mà cho đến nay khoa học vẫn chưa thể phát hiện ra. Cũng như lực điện từ được gây ra bởi các photon, lực lượng bóng tối này được cho là lan truyền qua một loại hạt được gọi là “photon tối” - trung gian giữa vật chất thấy được và vật chất tối. Các “photon tối” có thể tương tác với photon thông thường trong một quá trình được gọi là pha trộn, tạo nên các hiệu ứng khó nhận biết nhưng có thể đo lường. (Ảnh: Sci Techdaily)

Những hiểu biết sâu sắc từ các vụ va chạm hạt

Giáo sư Thomas cho biết: "Trong nghiên cứu mới nhất của chúng tôi, chúng tôi kiểm tra những tác động tiềm ẩn mà một photon tối có thể gây ra đối với tập hợp đầy đủ các kết quả thí nghiệm từ quá trình tán xạ không đàn hồi sâu".

Phân tích sản phẩm phụ của sự va chạm của các hạt được gia tốc đến năng lượng cực cao mang lại cho các nhà khoa học bằng chứng xác đáng về cấu trúc của thế giới hạt nguyên tử và các quy luật tự nhiên chi phối nó.

Trong vật lý hạt, tán xạ không đàn hồi sâu là tên được đặt cho một quá trình dùng để thăm dò bên trong các hadron (đặc biệt là các baryon, như proton và neutron), sử dụng electron, muon và neutrino.

Giáo sư Thomas cho biết: "Chúng tôi đã sử dụng khung phân tích toàn cầu về chức năng phân phối toàn cầu Mô men góc (JAM) tiên tiến của Phòng thí nghiệm Jefferson, sửa đổi lý thuyết cơ bản để cho phép khả năng tồn tại của một photon tối".

"Công trình của chúng tôi cho thấy giả thuyết photon tối được ưa thích hơn giả thuyết mô hình chuẩn ở mức ý nghĩa 6,5 sigma, tạo thành bằng chứng cho một khám phá hạt".

Đội nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Đại học Adelaide và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm Jefferson ở Virginia, Mỹ, đã công bố kết quả của mình trên Tạp chí Vật lý Năng lượng Cao - Journal of High Energy Physics.

Năng lượng của các photon đó được đo và nó phải tương đương với các electron. Tuy nhiên, nếu các photon tối tồn tại, nó sẽ mang theo một phần năng lượng của electron ban đầu và máy dò sẽ phát hiện ra. Việc phát hiện được bất kỳ “photon bóng tối” nào cũng đánh dấu một bước đột phá lớn trong hành trình săn tìm vật chất tối - một cuộc đi săn thường không có kết quả, bất chấp những nỗ lực trong hàng thập kỷ qua của ngành vật lý. (Ảnh: Thebrighterside)

• Giải mã bí ẩn về vật chất tối
• Phát hiện này khiến con người phải nhìn nhận lại toàn bộ vũ trụ
• Năng lượng tối là gì?