Một nghiên cứu mới đây của trường đại học Melbourne đề xuất một lý thuyết mới về nguồn gốc vật chất tối, có thể giúp các nhà thực nghiệm ở Australia và quốc tế trong việc tìm kiếm thứ vật chất bí ẩn này.

Được xuất bản trên Physical Review Letters, công trình "Filtered Dark Matter at a First Order Phase Transition" đã miêu tả cách các bong bóng giãn nở trong vũ trụ sớm có thể là chìa khóa để hiểu về vật chất tối.

“Cơ chế do chúng tôi đề xuất cho thấy có thể xác định được sự phong phú của vật chất tối trong một chuyển pha vũ trụ”, TS. Michael Baker, một postdoct tại trường đại học Melbourne và là một trong số các tác giả, cho biết.

“Những chuyển pha đó được chờ đợi để chiếm chỗ trong vũ trụ sớm và có thể tương tự với các bong bóng khí hình thành trong nước sôi. Chúng tôi chứng tỏ là thật khó trông đợi các hạt vật chất tối xuyên vào được các bong bóng đó, do đó giải thích vì sao lại có thể “quan sát” một lượng vật chất tối lớn như thế trong vũ trụ”.

Dẫu chưa có bất kỳ thực nghiệm nào phát hiện ra hạt vật chất tối, không ai thành công. Phần lớn thí nghiệm đã tìm kiếm các hạt nặng tương tác yếu (Weakly Interacting Massive Particles), vốn từng được cho là ứng cử viên vật chất tối nhiều thập kỷ. Dẫu sao, các thực nghiệm đó vẫn chưa từng "nhìn" thấy bất kỳ cái gì. Đây cũng là nguyên nhân khiến nhiều nhà lý thuyết nghĩ khác đi.

“Chúng ta biết vật chất tối không ở đó nhưng chúng ta vẫn chưa biết thêm nhiều lắm”, TS. Baker nói. “Nếu đó là một hạt mới thì đó là cơ hội tốt để chúng ta có thể dò được một cách thực tế trong phòng thí nghiệm. Chúng ta có thể tìm ra các tính chất của nó, như khối lượng và các tương tác, đồng thời học hỏi thêm điều mới mẻ và sâu sắc về vũ trụ”.

Nghiên cứu này là sự hợp tác giữa trợ lý giáo sư Andrew Long của trường đại học Rice, Texas, và giáo sư Joachim Kopp của CERN và trường đại học Mainz. Nó chỉ ra cách thức thực hiện kế hoạch thực nghiệm mới để tìm kiếm vật chất tối. “Một khía cạnh thú vị về ý tưởng này là nó cũng phù hợp với các hạt vật chất tối nặng như các hạt nặng tương tác yếu, trên những thí nghiệm tìm kiếm vật chất tối mà chúng ta đã thực hiện trong quá khứ”, giáo sư Kopp nói. “Do đó, công việc của chúng tôi là thúc đẩy sự mở rộng phạm vi tìm kiếm vật chất tối đối với cả các ứng cử viên có khối lượng lớn hơn”

Phát hiện này có thể đóng vai trò quan trọng với các thực nghiệm trong tương lai về vật chất tối ở Australia.

Phòng thí nghiệm vật lý dưới lòng đất Stawell hiện đang được xây dựng ở Victoria, nằm sâu dưới bề mặt một ki lô mét bên dưới một khu mỏ vàng cũ. Nó sẽ là phòng thí nghiệm vật lý hạt đầu tiên dưới mặt đất ở Nam Hemisphere, và sẽ là nơi diễn ra nhiều ths nghiệm kiếm tìm vật chất tối trong những năm đến.

Các đề suất lý thuyết mới sẽ giúp định hướng thiết kế các thực nghiệm, vốn là cơ hội để kiểm chứng một phạm vi rất rộng các ứng viên vật chất tối, qua đó trao cho các nhà khoa học cơ hội khám phá vật chất bí ẩn bậc nhất vũ trụ.

Nguồn: https://phys.org/news/2020-10-theory-dark.html, ngày 21/10/2020.