Các bộ nhân quang trên máy dò hạt XENON 100. Ảnh: XENON
Có lẽ chẳng như mong đợi, nhưng các nhà nghiên cứu tại chương trình hợp tác XENON cho biết họ vừa đặt ra được những giới hạn chặt chẽ nhất đối với tính chất của vật chất tối. Kết quả cho thấy khám phá về hạt vật chất tối hay lảng tránh – nếu nó thật sự tồn tại – sẽ đưa những máy dò hạt hiện nay đến những giới hạn tột cùng của chúng.
Mặc dù người ta cho rằng vật chất tối chiếm hơn 80% khối lượng của toàn vũ trụ, nhưng nó là vô hình, cho nên nó chỉ được suy luận ra từ những hiệu ứng hấp dẫn của nó. Những ứng cử viên được nhiều người biết tới nhất cho thành phần của nó là những hạt nặng tương tác yếu, hay WIMP, chúng là những hạt giả thuyết có thể nặng hơn hạt nhân nguyên tử.
Thí nghiệm XENON 100 tìm kiếm các hạt WIMP sử dụng một máy dò hạt hết sức nhạy nằm sâu bên dưới ngọn Gran Sasso ở miền trung Italy. Địa điểm được chọn vì nó che chắn thí nghiệm trước luồng bức xạ vũ trụ liên tục bắn phá đến Trái đất. Bản thân máy dò hạt trên gồm 62kg xenon lỏng chứa bên trong một bể kín, trong đó một hạt WIMP đi vào máy dò hạt sẽ tương tác với hạt nhân XENON, tạo ra ánh sáng và tín hiệu điện.
Tìm thấy ba sự kiện
Hôm 13/4, chương trình hợp tác XENON đã cho công bố các kết quả từ 100,9 ngày tìm kiếm WMIP từ tháng 1 đến tháng 6 năm 2010. Trong khi các nhà nghiên cứu tìm thấy ba sự kiện ứng cử viên, thì hai trong số này xuất hiện có khả năng là do tín hiệu nhiễu. Vì thế, họ thừa nhận rằng họ chẳng tìm thấy bằng chứng mới mẻ nào cho sự tồn tại của các hạt WIMP.
Mô tả chi tiết những kết quả của họ trong một bài báo đăng trên server bản thảo arXiv hôm 13/4, chương trình nghiên cứu XENON cho biết tuy vậy nhưng kết quả vô hiệu đã đặt ra những giới hạn chặt chẽ nhất tính cho đến nay đối với bản chất của WIMP. Trong một phát biểu công bố hôm 13/4, chương trình XENON khẳng định: “Những kết quả mới này cho thấy độ nhạy cao nhất được báo cáo tính cho đến nay ở bất kì thí nghiệm vật chất tối nào, đồng thời đặt ra những ràng buộc chặt chẽ nhất đối với những mô hình vật lí mới cho các hạt vật chất tối”.
Alex Murphy, người nghiên cứu tại thí nghiệm ZEPLIN III, một máy dò hạt vật chất tối xenon lỏng khác đặt ở Anh, cho biết ông “không bất ngờ” trước kết quả mới trên, và ông vẫn cam chắc rằng một tín hiệu vật chất tối rõ ràng có thể đã lộ diện ở cuối con đường. Tuy nhiên, cái ông quan tâm là dữ liệu trên và những kết quả khác mới đây cho thấy bản chất của sự nhiễu nền vũ trụ có thể phức tạp hơn trước đây người ta nghĩ. “Cho đến thời gian gần đây, các nhà nghiên cứu vật chất tối vẫn lo lắng về tia gamma và neutron tương tác với xenon theo những kiểu đơn giản, nhưng chúng ta đang bắt đầu nhìn thấy những tương tác phức tạp hơn trong đó có tia gamma tán xạ vài lần để mang lại những tín hiệu bất thường”, ông nói.
Những kết quả này cũng khiến người ta nghi ngờ thêm trước những kết quả tìm kiếm hồi cuối năm 2009 của chương trình nghiên cứu vật chất tối CDMS II ở Mĩ, nơi khẳng định đã phát hiện ra hai ứng cử viên vật chất tối. Thí nghiệm này, đặt trong một quặng mỏ bỏ phế ở Soudan, Minnesota, tìm kiếm các tín hiệu WIMP sử dụng 30 máy dò hạt bằng germanium và silicon làm lạnh đến nhiệt độ gần không độ tuyệt đối.
Nguồn: physicsworld.com
