Thiết bị dò sóng hấp dẫn hướng vào vật chất tối

Được cho là chiếm khoảng 85% lượng vật chất làm nên vũ trụ, vật chất tối chưa từng được quan sát một cách trực tiếp và vẫn còn là một trong những bí ẩn lớn nhất chưa từng được khám phá của vật lý hiện đại. 

Với những máy dò siêu nhạy được lắp đặt, các nhà khoa học đã có được nhiều phát hiện đáng chú ý và họ tin rằng công nghệ dò sóng hấp dẫn hiện tại có tiềm năng thực sự để cuối cùng có thể tìm ra vật chất lạ này và thậm chí cả thành phần của nó.

Trong nghiên cứu mới xuất bản trên Nature, một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học ở Viện nghiên cứu Thăm dò hấp dẫn của trường đại học Cardiff đã đặt được bước chân đầu tiên về phía mục tiêu này thông qua việc sử dụng các thiết bị dò sóng hấp dẫn, vẫn được biết như các giao thoa kế laser, để lần đầu tìm kiếm một dạng mới của vật chất tối 1.

Cho đến gần đây, người ta vẫn tin là vật chất tối được tạo ra từ các hạt cơ bản nặng. Tuy nhiên, bất chấp vô số nỗ lực, vẫn chưa có khám phá nào, và các nhà khoa học giờ đang chuyển sang các lý thuyết mang tính thay thế để giải thích về vật chất tối.

Một lý thuyết gần đây cho rằng vật chất tối trên thực tế là thứ mà người ta có thể gọi là trường vô hướng, vốn hành xử như những sóng ‘ẩn’ dao động quanh các thiên hà, trong đó có cả dải Ngân hà của chúng ta.

“Chúng tôi nhận thấy thiết bị của chúng tôi có thể dùng để săn tìm dạng vật chất tối mới, dẫu cho chúng ban đầu được thiết kế để dò sóng hấp dẫn”, giáo sư Hartmut Grote, Viện nghiên cứu Thăm dò hấp dẫn và là người tham gia nghiên cứu này.

Trong một giao thoa kế, hai chùm tia ánh sáng nẩy chồng giữa các tấm gương trước khi hội tụ trong một máy dò. Từ đó, các nhà khoa học có thể đo với độ chính xác cực lớn cách đồng bộ các chùm tia ánh sáng với nhau, vốn tự nó đã chứng tỏ xuất hiện sự nhiễu loạn nào mà các chùm tia có thể gặp.

Đài quan sát sóng hấp dẫn bằng giao thoa kế laser (LIGO) có hai giao thoa kế tại Mĩ, mỗi thiết bị có hai cánh tay dài 4 km được sắp xếp theo hình chữ L, vốn phát hiện ra sóng hấp dẫn lần đầu tiên vào năm 2015, và sau đó là nhiều lần khác nữa.

Thiết bị dò GEO 600 detector của Anh và Đức hợp tác được đặt tại Đức, nơi Grote là nhà khoa học dẫn dắt nghiên cứu từ năm 2009 đến năm 2017, là một giao thoa kế siêu nhạy và được sử dụng để phát triển kỹ thuật cần thiết để dò sóng hấp dẫn.

Máy dò GE0600 đã được sử dụng cho lần đầu tiên, trong nghiên cứu này để giúp tìm kiếm vật chất tối.

“Các sóng vật chất tối trường vô hướng có thể truyền qua trái đất và thiết bị của chúng tôi nhưng khi làm theo cách đó, nó có thể là nguyên nhân dẫn đến các vật thể như những tấm gương dao động, dù rất khó nhận biết”, Sander Vermeulen, người dẫn dắt nghiên cứu này, cũng từ Viện nghiên cứu Thăm dò hấp dẫn.

“Những dao động của gương có thể làm nhiễu loạn các chùm tia ánh sáng trong các thiết bị như GEO600 hoặc các máy dò LIGO theo một cách cụ thể các đặc điểm của vật chất, vốn là những thứ mà chúng tôi phải dò, phụ thuộc vào những thuộc tính lấy được từ vật chất tối”. 

Ngay cả khi chưa khi nào dò được vật chất tối một cách trực tiếp, các nhà khoa học vẫn nghĩ về sự tồn tại của nó do hiệu ứng hấp dẫn của nó lên các vật thể khắp vũ trụ. Ví dụ, một lượng lớn vật chất chưa thấy có thể giải thích tại sao các thiên hà lại quay như chúng vẫn thế và việc chúng được hình thành như thế nào ở chính thời điểm ban đầu.  

Dẫu nhóm nghiên cứu này chưa thành công trong việc dò được bất cứ tín hiệu nào trong nỗ lực mới thì họ vẫn cho rằng mình đang tạo ra một bước tiến dài trong việc giới thiệu công nghệ này vào cuộc truy tìm vật chất tối và đã sẵn sàng tạo ra chuyển biến trong việc cụ thể hơn các tham số cho những nghiên cứu tương lai.

“Tôi rất ngạc nhiên về độ nhạy của một thiết bị có thể được dùng để săn tìm vật chất tối, dẫu nó được thiết kế cho một mục tiêu hoàn toàn khác”, giáo sư Grote nói.

“Chúng tôi đã loại bỏ một cách dứt khoát một vài lý thuyết cho rằng vật chất tối có các đặc tính nhất định, vì vậy các cuộc kiếm tìm trong tương lai hiện giờ có một ý tưởng tốt hơn cho việc kiếm tìm”, Vermeulen cho biết. “Chúng tôi tin tưởng là những kỹ thuật mới có tiềm năng thực sự để khám phá vật chất tối trong một số thời điểm trong tương lai”. 

Thanh Phương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2021-12-gravitational-scientists-sights-dark.html

https://phys.org/news/2021-12-mysterious-clouds-clues-dark.html