Quote from Nguyễn Hải Ân on 11/10/2021, 11:03

Vật chất tối là gì?

Đây là câu hỏi đầu tiên và cũng gây tranh cãi nhiều nhất, các nhà nghiên cứu đến nay vẫn chưa thể khẳng định chính xác vật chất tối là gì. Nhà vật lý học Don Lincoln từ Bộ Năng lượng Mỹ cho biết ban đầu, các nhà khoa học phỏng đoán rằng việc mất khối lượng xảy ra ngoài không gian là do các ngôi sao đang tắt có kích thước nhỏ và hố đen, tuy nhiên hiện không có đủ các quan sát trực tiếp cho thấy tác động của hai thứ trên lên vật chất tối.

Giả thuyết được công nhận rộng rãi cho rằng vật chất tối là loại hạt có tên Weakly Interacting Massive Particle, hay còn gọi là WIMP. Loại hạt này hoạt động gần giống neutron nhưng lại có khối lượng nặng hơn hạt proton từ 10 đến 100 lần. Tuy nhiên, giả thuyết này lại dẫn đến một loạt các câu hỏi khác.

Chúng ta có thể xác định vật chất tối hay không? 

Nếu vật chất tối được cấu tạo bởi hạt WIMP thì chúng sẽ tồn tại xung quanh chúng ta, hoàn toàn vô hình và khó có thể xác định. Vậy tại sao lâu nay chúng ta lại không tìm ra nó? Dù chúng không tương tác nhiều với các vật chất khác, cho nên có khả năng khi chúng di chuyển trong không gian, vật chất tối có thể va vào một loại hạt bình thường như electron hay proton. 

Vì vậy, các nhà khoa học đã tiến hành nhiều thí nghiệm để nghiên cứu số lượng lớn các loại hạt vật chất bình thường ở dưới lòng đất nhằm ngăn cản các loại bức xạ để có thể bắt được khoảnh khắc va chạm của vật chất tối. Tuy nhiên sau nhiều thập kỷ, không một cảm biến nào có thể khám phá ra điều gì mới. Đầu năm nay, thí nghiệm của một công ty Trung Quốc là PandaX cho kết luận rằng không tồn tại hạt WIMP. Dường như hạt vật chất tối nhỏ hơn nhiều so với hạt WIMP hoặc thiếu các đặc điểm có thể giúp quá trình nghiên cứu dễ dàng hơn, theo nhà vật lý học Hai-Bo Yu từ đại học California

Có nhiều hơn một loại hạt vật chất tối không? 

Vật chất bình thường cấu tạo từ những hạt quen thuộc như proton và electron, cùng nhiều loại hạt kì lạ như neutrino, muon và pion. Vì thế, một số nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng vật chất tối, chiếm 85% vật chất có trong vũ trụ, cũng có thể có cấu tạo phức tạp như vậy. Mặc dù có rất nhiều giả thuyết, việc tìm ra một phương cách xác nhận hoặc bác bỏ chúng cho đến nay vẫn còn xa vời.

Có tồn tại lực tối không? 

Cùng với các loại hạt tối, cũng có khả năng vật chất tối chịu tác động của những lực tương tự các vật chất khác. Một số nhà khoa học đã tìm kiếm "photon tối", chúng có thể giống như các photon được trao đổi giữa các hạt bình thường và tạo ra lực điện từ, ngoại trừ việc chúng sẽ chỉ được nhận bởi các hạt vật chất tối. Các nhà vật lí ở Italy đang cố gắng bắn một chùm electron và phản hạt của chúng, có tên là positron, vào một viên kim cương. Nếu photon tối thật sự có tồn tại, thì các cặp electron-positron có thể phá hủy nhau và tạo ra một trong những loại hạt có lực kỳ lạ, có khả năng mở ra một lĩnh vực hoàn toàn mới trong vũ trụ.

Phải chăng vật chất tối cấu tạo bằng axion? 

Trong khi các nhà vật lí ngày càng rời xa WIMP, thì các hạt vật chất tối khác bắt đầu được quan tâm. Một trong những giả thuyết khác là một hạt giả định gọi là axion, cực kì nhẹ, có thể là nhẹ hơn proton hàng tỷ tỷ lần. Một vài thí nghiệm đang được tiến hành để tìm kiếm axion.

Đặc tính của vật chất tối là gì? 

Các nhà thiên văn đã khám phá vật chất tối thông qua tương tác lực hấp dẫn của nó với vật chất bình thường, cho thấy đây chính là cách mà vật chất tối biểu hiện sự có mặt của nó trong vũ trụ. Thế nhưng, khi càng cố gắng tìm hiểu bản chất thực của vật chất tối, các nhà nghiên cứu hầu như chẳng có tiến triển nào. Theo một số giả thuyết, các hạt vật chất tối phải là phản hạt của chính chúng, nghĩa là hai hạt vật chất tối sẽ phá hủy nhau khi chúng va vào nhau.

Vật chất tối có tồn tại trong mọi thiên hà? 

Vì số lượng áp đảo của nó so với vật chất thông thường, người ta thường cho rằng vật chất tối là thế lực kiểm soát việc hình thành các cấu trúc vĩ mô như thiên hà và cụm thiên hà. Nhưng đầu năm nay, các nhà nghiên cứu công bố họ đã tìm thấy một thiên hà dường như không chứa vật chất tối. Sau đó, một nhóm nghiên cứu độc lập đã đăng tải bài phân tích cho rằng nghiên cứu này đã đo sai khoảng cách đến thiên hà, dẫn đến kết luận sai.

Kết quả của thí nghiệm DAMA/LIBRA. 

Một bí ẩn lâu đời trong ngành vật lí hạt là kết quả của thí nghiệm tại châu Âu có tên gọi DAMA/LIBRA. Chiếc máy nằm trong một khu mỏ dưới lòng đất bên dưới dãy núi Gran Sasso, Ý có nhiệm vụ tìm kiếm dao động tuần hoàn của hạt vật chất tối. Dao động này phát sinh khi Trái Đất chuyển động theo quỹ đạo quay quanh Mặt Trời đồng thời bay qua dòng vật chất tối có quanh hệ Mặt Trời của chúng ta, thỉnh thoảng còn được gọi là gió vật chất tối. Năm 1997, DAMA/LIBRA khẳng định đã tìm thấy chính xác loại tín hiệu này, mặc dù không có thí nghiệm nào khác tìm được thứ gì giống như vậy.

Vật chất tối có mang điện tích không? 

Một số nhà vật lí đề xuất vật chất tối có thể mang điện tích. Bức xạ với bước sóng 21 cm được phát ra bởi các ngôi sao trong vũ trụ, chỉ 180 triệu năm sau vụ nổ Big Bang. Rồi chúng bị hấp thụ bởi khí hydrogen nhiệt độ thấp có mặt khắp nơi vào thời gian đó. Khi bức xạ này được phát hiện hồi tháng 2 năm nay, nó cho thấy chất khí hydrogen đó có nhiệt độ thấp hơn nhiều so với dự đoán của các nhà khoa học. Nhà thiên văn vật lí Julian Munoz tại Harvard nêu giả thuyết rằng vật chất tối mang điện tích có thể làm hấp thụ nhiệt từ khí hydrogen, giống như đá viên trong ly nước chanh.

Vật chất tối có thực sự tồn tại? 

Với những khó khăn mà các nhà khoa học phải đối mặt khi cố gắng khám phá và giải thích về vật chất tối, câu hỏi đặt ra là liệu họ có đi đúng hướng không. Trong nhiều năm, một số ít nhà vật lí học đề xuất là các lí thuyết của chúng ta về lực hấp dẫn đơn giản là không đúng, và lực hấp dẫn có thể có tác động khác nhau ở không gian lớn.