Những bí ẩn vật lý đang chờ khám phá trong năm 2016

Năm 2013, các nhà khoa học làm việc tại Máy gia tốc hạt lớn (LHC) chứng minh sự tồn tại của hạt Higgs, loại hạt cung cấp khối lượng cho những hạt khác. Hạt Higgs là mảnh ghép cuối cùng còn thiếu trong mô hình chuẩn, giải thích hành vi của các hạt siêu nhỏ. Tuy nhiên, nhiều câu hỏi quan trọng về vũ trụ hiện nay vẫn chưa có lời giải.

Loại hạt mới

Tin tức nổi bật nhất trong lĩnh vực vật lý hạt là việc phát hiện ra dấu vết của một loại hạt mới tiềm năng, khi các nhà khoa học tiến hành 2 thí nghiệm riêng biệt tại cỗ máy phá vỡ nguyên tử lớn nhất thế giới LHC.

Các nhà khoa học cho các proton va chạm với nhau để tìm kiếm những hạt và lực mới. Ảnh: Fabrice Coffrini/Agence France-Preasse.

"Có vài bằng chứng cho thấy sự tồn tại của loại hạt mới nặng hơn 800 lần khối lượng proton. Chúng tôi muốn xem xét các tín hiệu sẽ trở nên rõ ràng hơn hay biến mất dần", Live Science dẫn lời Sean Carroll, nhà vật lý thuộc Viện Công nghệ California, Mỹ.

Tính đến nay, những bằng chứng thu được hết sức sơ bộ với xác suất 1/4 tín hiệu là do yếu tố ngẫu nhiên tạo ra. Dù khả năng tìm thấy loại hạt mới khá cao, các nhà vật lý thường tìm kiếm độ tin cậy của kết quả thực nghiệm ở mức 5 sigma, nghĩa là mức độ sai lệch tín hiệu đạt 1/3,5 triệu.

Nếu thực sự loại hạt mới đang ẩn trong vũ trụ, các nhà vật lý chưa từng biết đến sự tồn tại của nó và chưa có lý thuyết dự đoán nào được đưa ra.

"Hiện nay, có hơn 70 bài báo lý thuyết nhằm giải thích những tín hiệu thu được", Sheldon Stone, nhà vật lý thuộc Đại học Syracuse, Mỹ, cho biết.

Trong năm nay, mỗi nhóm nghiên cứu của hai thí nghiệm nêu trên sẽ thu thập lượng dữ liệu lớn gấp 10 lần năm ngoái. Do đó, các nhà khoa học sẽ sớm biết loại hạt mới có thực sự tồn tại hay không.

Sóng hấp dẫn

Sóng hấp dẫn là những gợn sóng xuất hiện từ việc uốn cong không gian - thời gian theo dự đoán trong thuyết tương đối tổng quát của Albert Einstein, mang năng lượng dưới dạng bức xạ hấp dẫn. Các nhà khoa học cho rằng, sóng hấp dẫn có thể phát ra từ hệ sao đôi chứa sao lùn trắng, sao neutron hoặc hố đen.

Hình minh họa sóng hấp dẫn của Albert Einstein. Ảnh: BBC.

Tuy nhiên, những gợn sóng không gian - thời gian mới chỉ thoáng xuất hiện gián tiếp thông qua một số thí nghiệm. Các nhà khoa học sử dụng đài thiên văn chuyên dụng để quan sát sóng hấp dẫn bằng phương pháp giao thoa laser (LIGO), nhưng họ vẫn chưa thể trực tiếp ghi lại tín hiệu của loại sóng này. Vào tháng 9 tới, các nhà khoa học sẽ  tiếp tục sử dụng LIGO để nghiên cứu sóng hấp dẫn, với nhiều máy dò nhạy hơn.

Vật chất tối

Khoảng 80% vũ trụ được tạo thành từ loại vật chất tối bí ẩn, không phát ra hoặc hấp thụ ánh sáng, khiến nó trở nên vô hình trước kính thiên văn. Vật chất tối dường như tác dụng lực hấp dẫn lên các vật thể phát sáng trong vũ trụ, nhưng các nhà khoa học không biết cấu tạo và hoạt động của nó.

Phần lớn vũ trụ cấu tạo từ vật chất tối. Ảnh: Wordpress.

Hiện nay, nhiều thiết bị dò dưới lòng đất tại phòng thí nghiệm SNOLab ở Sudbury, Ontario, Canada, cho đến Phòng thí nghiệm quốc gia Gran Sasso, Italy, đang hoạt động để phát hiện vật chất tối.

Một số nhà vật lý cho rằng, vật chất tối được tạo thành từ các hạt nặng tương tác yếu (WIMPS). Thiết bị dò dưới mặt đất sử dụng Trái Đất để hấp thụ hầu hết tia vũ trụ có thể làm ảnh hưởng đến việc thu thập thông tin về vật chất tối. Các nhà vật lý sẽ quan sát dấu hiệu của vật chất tối khi nó thoát ra khỏi hạt nhân nguyên tử trong những thiết bị dò dưới đất.

Lê Hùng