Cuộc săn lùng vật chất tối: Trung Quốc vận hành phòng thí nghiệm sâu nhất thế giới

[Bui Nhat Minh]

Ẩn mình gần 8.000 feet (hơn 2.400 mét) dưới lòng đất trong dãy núi Jinping, tỉnh Tứ Xuyên, Trung Quốc, là một trong những nơi bí ẩn và đáng kinh ngạc nhất trên hành tinh Phòng thí nghiệm ngầm Jinping (CJPL). Đây không phải là cảnh trong phim khoa học viễn tưởng, mà là một cơ sở nghiên cứu vật lý hạt hàng đầu thế giới, nơi các nhà khoa học đang không ngừng truy tìm một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ: vật chất tối.

Nơi ngày và đêm không còn ý nghĩa​

Để tới được CJPL, mỗi ngày, các nhà khoa học phải lái xe xuyên qua một đường hầm dài 17,5 km, băng qua sông Yalong và tiến sâu vào lòng núi. Tận sâu dưới lớp đá dày hàng nghìn mét, ánh sáng duy nhất là từ các thiết bị và những tòa nhà trắng với logo xanh đặc trưng của phòng thí nghiệm.

Ở đây, ngày và đêm chẳng còn phân biệt. Nhưng điều đó không quan trọng vì thứ mà họ đang truy tìm, vật chất tối, còn khó nắm bắt hơn bất kỳ điều gì từng được biết đến.

Theo giả thuyết, vật chất tối chiếm tới 85% vật chất trong vũ trụ, nhưng con người không thể nhìn thấy hay chạm vào nó. Nó không phát ra, hấp thụ hay phản xạ ánh sáng chúng ta chỉ biết nó tồn tại thông qua lực hấp dẫn mà nó tác động lên các thiên hà và ngôi sao.

Từ khi được khánh thành năm 2010 và chính thức đi vào hoạt động đầy đủ cuối năm 2023, CJPL đã trở thành phòng thí nghiệm dưới lòng đất lớn và sâu nhất hành tinh một nơi lý tưởng để phát hiện ra dấu vết của vật chất tối.

Những cỗ máy dò tìm điều không thấy được​

Tại CJPL, hai dự án chính đang hoạt động song song: PandaX và CDEX. Chúng sử dụng các bể chứa lớn chứa xenon lỏng và germani tinh khiết để cố gắng phát hiện ra một loại hạt giả thuyết gọi là WIMP hạt có khối lượng lớn nhưng tương tác cực kỳ yếu với vật chất thông thường.

Vì WIMP rất khó phát hiện, nên các nhà khoa học cần loại bỏ tất cả “tiếng ồn” như tia vũ trụ từ mặt trời để chỉ tập trung vào những tương tác nhỏ nhất. Đó là lý do CJPL nằm sâu như vậy dưới lòng đất: chỉ 1/1.000.000 tia vũ trụ từ mặt trời có thể xuyên qua lớp đá dày hàng ngàn feet.

Mỗi vật liệu có ưu điểm riêng: xenon phù hợp với các hạt WIMP nặng, còn germani nhạy hơn với các hạt nhẹ. Việc kết hợp cả hai tạo nên lợi thế độc đáo cho CJPL so với các phòng thí nghiệm khác như LUX-ZEPLIN (Mỹ) hay XENONnT (Ý), vốn chỉ dùng xenon.

Bí ẩn lớn nhất của vũ trụ và cơ hội thay đổi lịch sử​

Tại sao vật chất tối lại quan trọng? Bởi nếu không có nó, các thiên hà quay nhanh đến mức đáng ra đã phải "văng ra" khỏi nhau từ lâu. Có thể chính vật chất tối đang “giữ” chúng lại hoặc có lẽ, chúng ta vẫn chưa hiểu hết về lực hấp dẫn.

Dù vậy, cuộc săn lùng vật chất tối không chỉ vì tò mò. Nếu một ngày, chúng ta hiểu được nó, có thể sẽ mở ra một thời đại năng lượng mới: một nguồn năng lượng miễn phí và không giới hạn. Một số nhà khoa học thậm chí tưởng tượng về một tương lai nơi vật chất tối có thể được sử dụng làm nhiên liệu tên lửa, thậm chí là... máy cắt cỏ.

Tất nhiên, hiện tại, tất cả vẫn chỉ là giả thuyết. Nhưng giống như việc loài người từng không hiểu gì về không khí, rồi sau đó phát hiện ra nó gồm oxy, nitơ biết đâu vài thập kỷ nữa, chúng ta sẽ biết vật chất tối là gì, và tận dụng được nó ra sao.

Scientists Are on the Cusp of Unlocking the Mysteries of Dark Matter—Possibly the Most Powerful Energy Source in the Universe

Confirmation of this elusive form of matter could rewrite the rules of the universe as we know it.

www.popularmechanics.com