Sâu dưới lòng đất, gần một dặm từ bề mặt, trong hầm mỏ của một mỏ vàng cũ ở Nam Dakota, hoạt động một trong những máy dò nhạy nhất hành tinh. LUX-ZEPLIN, hay gọi tắt là LZ, là một bể chứa khổng lồ với mười tấn xenon lỏng siêu tinh khiết. Nó được tạo ra để bắt những gì mà cho đến nay vẫn trốn tránh tất cả: các hạt vật chất tối.
The results were presented earlier today by Dr Sam Eriksen of @BristolUni at the TeVPA conference in Tendo, Japan
Vật chất tối chiếm khoảng 85 phần trăm tổng vật chất trong vũ trụ. Lực hấp dẫn của nó giữ các thiên hà lại với nhau, ảnh hưởng đến chuyển động của các ngôi sao và định hình cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ. Nhưng bản thân nó vô hình và gần như không tương tác với vật chất thông thường. Trong nhiều thập kỷ, các nhà vật lý đã chế tạo những thiết bị ngày càng chính xác để có thể bắt được dù chỉ một gợi ý về sự hiện diện của nó. Và vào ngày 1 tháng 2026 năm, tại hội nghị TeV Particle Astrophysics ở Nhật Bản, hợp tác LZ đã công bố một kết quả khiến các nhà khoa học phải cảnh giác.
Trong dữ liệu thu thập được trong 220 ngày "sống" quan sát từ tháng 2023 đến tháng 2024 năm, họ phát hiện một sự kiện duy nhất. Vào ngày 16 tháng 2023 năm, máy dò ghi nhận một cú giật hạt nhân - một "cú đẩy" nhỏ của hạt nhân xenon với năng lượng khoảng 248 kilo electron volt. Điều này xảy ra trong vùng của máy dò nơi các quá trình nền phải cực kỳ hiếm. Sau khi phân tích kỹ lưỡng, các nhà khoa học không thể giải thích sự kiện này bằng các nguồn đã biết: tạp chất phóng xạ, neutron hoặc tia vũ trụ mà vẫn xuyên qua lớp đá dày.
Ý nghĩa thống kê đạt 2,6 sigma. Xác suất đây là dao động ngẫu nhiên của nền khoảng nửa phần trăm. Để công bố một khám phá trong vật lý hạt cần năm sigma. Vì vậy, không ai tuyên bố đã phát hiện vật chất tối. Nhưng đây là tín hiệu hấp dẫn nhất mà LZ thu được trong suốt thời gian hoạt động.
Nếu sự kiện thực sự liên quan đến vật chất tối, thì hạt phải khá nặng — không dưới 200 gigaelectronvolt, tức là nặng hơn proton hơn 200 lần. Và nó phải tương tác khác với các mô hình WIMP đơn giản nhất — các hạt nặng tương tác yếu. Trong bức tranh cổ điển, những cú giật năng lượng cao như vậy phải đi kèm với nhiều cú giật yếu hơn. Chúng đã không được nhìn thấy. Điều này gợi ý đến các biến thể phức tạp hơn: tương tác không đàn hồi hoặc các toán tử kỳ lạ của lý thuyết trường hiệu dụng.
Hiện tại, hợp tác đã có nhiều dữ liệu hơn — hơn 700 ngày quan sát, vẫn còn phải phân tích một cách mù. Các thí nghiệm khác, như XENONnT và PandaX, cũng vẫn đang tiếp tục hoạt động. Nếu các sự kiện tương tự xuất hiện trở lại, bức tranh có thể thay đổi. Nếu không, đây sẽ vẫn là một bất thường thống kê hiếm gặp.
Thế giới chúng ta đang sống được cấu trúc với độ chính xác đáng kinh ngạc. Vật chất tối, thứ mà chúng ta vẫn chưa chạm tới trực tiếp, quyết định số phận của các thiên hà và có lẽ cả sự tồn tại của các ngôi sao và hành tinh. Một xung lực khó nắm bắt trong xenon lỏng dưới lòng đất là một tiếng vọng nhỏ bé của các quá trình diễn ra trên quy mô toàn vũ trụ. Hiện tại, đây chỉ là một gợi ý. Nhưng chính những gợi ý như vậy đã từng mở ra những chương mới trong sự hiểu biết về thực tại.
