Các nhà vật lí đã tranh luận nhiều tuần qua về việc chương trình hợp tác CDMS-II đặt ở Mĩ có phát hiện ra bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho vật chất tối, một trong những thực thể bí ẩn nhất của vũ trụ, hay không. Giờ thì bằng chứng ấy đã được mang ra công khai – mặc dù nó không mạnh cho lắm như một số người từng hi vọng.

Thí nghiệm vật chất tối CDMS-II. (Ảnh: CDMS)

Trong một bản thảo đăng lên arXiv hôm 17/12, đội CDMS-II khẳng định đã phát hiện ra hai “sự kiện” đặc trưng của các thành phần vật chất tối gọi là các hạt nặng tương tác yếu, hay WIMP. Tuy nhiên, họ cũng nêu rõ có một cơ hội bằng một phần tư rằng những sự kiện này có thể là tín hiệu nhiễu nền.

“Các nhà khoa học có một tập hợp điều kiện xác định xem một khám phá mới có được thực hiện hay không, theo thực chất là tỉ số các sự kiện tín-hiệu-so-với-phông-nền phải đủ lớn thì không có sự nghi ngờ nào nữa”, họ viết trong phần tóm tắt. “Thông thường phải chưa có tới một cơ hội trong một nghìn tín hiệu do nền nhiễu… cho nên chúng tôi không khẳng định là đã phát hiện ra các hạt WIMP”.

Các hạt WIMP ở đâu ?

Trong khi không nhìn thấy được, vật chất tối được cho là cấu thành chừng 85% toàn bộ khối lượng hấp dẫn trong vũ trụ. Ứng cử viên phổ biến nhất cho thành phần của nó là WIMP, các hạt giả thuyết có thể nặng hơn hạt nhân nguyên tử.

Nằm sâu nửa dặm dưới lòng đất trong một mỏ quặng cũ ở Soudan, Minnesota, thí nghiệm CDMS-II được thiết kế để phát hiện ra WIMP, sử dụng 30 detector chế tạo bằng germanium và silicon làm lạnh xuống gần không độ tuyệt đối. Hi vọng là, khi Trái đất quét qua những cụm vật chất tối trong thiên hà của chúng ta, những detector này sẽ ghi lại vết tích các điện tích phát ra bởi những va chạm thỉnh thoảng giữa các nguyên tử germanium và silicon và WIMP. Mặc dù các phân rã phóng xạ hoặc tia vũ trụ cũng có thể tạo ra tín hiệu, nhưng tín hiệu có cỡ và thời gian tồn tại thích hợp sẽ là bằng chứng của các hạt WIMP.

Lần chạy đầu tiên của CDMS-II bắt đầu trong năm 2003 đã thất bại, không tìm thấy bằng chứng nào, nhưng không thể kết luận điều tương tự cho lần chạy gần đây nhất trong năm 2007 – 2008. Trong bộ dữ liệu này, đại khái gấp đôi cỡ của tất cả những dữ liệu trước đây cộng lại, có hai sự kiện phù hợp với WIMP. Xác suất những sự kiện này có thể là phân rã phóng xạ hoặc tia vũ trụ là 23%.

Phản ứng trong cộng đồng vật lí hạt cơ bản rất khác nhau. “Đó là dấu hiệu trêu ngươi của cái có thể”, theo lời Alexander Murphy, một nhà vật lí tại trường đại học Edinburgh, Anh, người nghiên cứu thí nghiệm vật chất tối ZEPLIN-III. “Vì cộng đồng đã nghe đồn đại trong nhiều tuần và đang rất hào hứng đến mức hầu như không chịu nổi. Nếu đúng như vậy, thì thế hệ tiếp theo của các thí nghiệm được dự trù thực hiện sự khám phá thật sự, cuối cùng xác định xem vũ trụ cấu thành từ cái gì, và chúng ta sẽ có thể bắt đầu nói về một số tính chất của loại vật chất ấy”.

Mirko Boezio, tại Viện Vật lí Hạt nhân quốc gia của Italy, phát biểu với physicsworld.com, "Là một sự dò tìm vật chất tối, trong khi hai sự kiện đang gây sự hiếu kì, tôi miễn cưỡng giải thích chúng là bằng chứng cho các tương tác WIMP”. Boezio, một thành viên của chương trình hợp tác PAMELA đã khẳng định bằng chứng gián tiếp cho vật chất tối hồi năm ngoái, bổ sung thêm, “Khả năng [những sự kiện ấy] là nền nhiễu quá lớn để đưa ra một khẳng định chắc chắn”.

Thư viện vật lý (Thep physicsworld.com)