Công cuộc dò tìm hạt ma dưới biển Địa Trung Hải

Mô phỏng máy dò hạt ma gắn trên các sợi dài. Ảnh: Wikipedia

Kính viễn vọng neutrino kilomet khối (KM3NeT) đang được xây dựng tìm kiếm hạt neutrino năng lượng cao nhằm nghiên cứu chúng và xác định nguồn vật lý thiên văn khiến chúng truyền khắp vũ trụ. Để làm vậy, KM3NeT sử dụng đại dương như một dạng máy dò và tận dụng hiệu ứng xảy ra khi hạt hạ nguyên tử di chuyển qua môi trường nhanh hơn vận tốc ánh sáng, IFL Science hôm 8/8 đưa tin.

Vận tốc ánh sáng trong chân không là giới hạn tốc độ tuyệt đối của vũ trụ. Không có vật thể nào di chuyển nhanh hơn 300.000 km/giây, theo nghiên cứu của Einstein do cần năng lượng vô tận để làm vậy. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa ánh sáng không thể bị đánh bại về mặt tốc độ trong điều kiện phù hợp. Khi điều đó xảy ra, hiệu ứng kỳ lạ gọi là Cherenkov có thể xuất hiện. Ví dụ, trong nước, ánh sáng di chuyển chậm hơn ở 200.000 km/giây. Bất kỳ hạt nào muốn vượt qua tốc độ đó sẽ cần năng lượng 175 kiloelectron volt.

Năm 1934, nhà vật lý người Liên Xô Pavel Cherenkov chứng kiến những gì xảy ra sau khi bắn phá nước bằng bức xạ. Một ánh sáng màu xanh dương ngày nay gọi là ánh sáng Cherenkov hoặc bức xạ Cherenkov phát ra từ nước. Ông và hai đồng nghiệp là Il´ja Mikhailovich Frank và Igor Yevgenyevich Tamm xác định nguyên nhân tạo ra ánh sáng kỳ lạ. Hạt hạ nguyên tử tích điện di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng trong nước tạo ra hiệu ứng tương tự tiếng nổ siêu thanh (xảy ra khi máy bay di chuyển nhanh hơn vận tốc âm thanh). Nhờ nghiên cứu này, họ được trao giải Nobel Vật lý năm 1958.

KM3NeT hướng tới phát hiện ánh sáng Cherenkov ở đại dương, tạo bởi tương tác của hạt neutrino trong nước biển. Đài quan sát Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss (ARCA) tạo thành bộ phận lớn nhất của KM3NeT. Các máy dò được gắn vào những sợi dài, máy dò ở cuối sợi nằm ở độ sâu 3.500 m bên dưới mặt biển Địa Trung Hải. Càng nhiều máy dò càng giúp lọc tín hiệu nhiễu trong đại dương như phân rã của kali-40.

ARCA dường như đã phát hiện một sự kiện thú vị theo mô tả của Francis Halzen, nhà vật lý ở Đại học Wisconsin - Madison. Sự kiện rất sáng mà ARCA quan sát cho tới nay mới chỉ được tiết lộ bởi nhà vật lý neutrino João Coelho tại hội thảo Neutrino 2024 ở Milan, Italy. Theo ông, sự kiện này "thực sự nổi vật, vượt xa bất cứ thứ gì khác". Hiện nay, các nhà nghiên cứu vẫn giữ kín hướng và thời gian phát hiện, để phòng trừ các nhóm khác có thể sử dụng thông tin để tìm ra nguồn từ vũ trụ.

Neutrino được biết đến như "hạt ma" do chúng có khả năng đi qua các vật thể rắn một cách dễ dàng. Hạt neutrino tương tác rất yếu với vật chất. Một hạt neutrino có thể di chuyển quãng đường một năm ánh sáng (10 nghìn tỷ km) trong kim loại chì mà không va chạm với bất kỳ nguyên tử nào.

An Khang (Theo IFL Science)