Các bạn ơi, bạn đã bao giờ tự hỏi liệu vũ trụ có tồn tại nhiều hơn những gì chúng ta có thể nhìn thấy, chạm vào hay thậm chí đo lường được không?
Khoa học trả lời: Có—và một trong những khái niệm hấp dẫn nhất đang được nghiên cứu hiện nay chính là các hạt bóng tối (shadow particles).
Đây không phải là ma quỷ hay chuyện viễn tưởng mà là một khả năng lý thuyết có thể làm thay đổi hoàn toàn cách chúng ta hiểu về vật chất tối và thậm chí cả những chiều không gian song song. Hãy cùng tìm hiểu.
Hạt Bóng Tối Là Gì?
Hạt bóng tối là một phần trong giả thuyết xuất phát từ thuyết vật chất gương (mirror matter theory), cho rằng với mỗi hạt đã biết trong vũ trụ của chúng ta, có thể tồn tại một phiên bản “gương” trong một khu vực ẩn—gần như một vũ trụ song song, chỉ tương tác với chúng ta chủ yếu thông qua lực hấp dẫn.
Ý tưởng này được đề xuất lần đầu vào những năm 1950, nhưng chỉ thực sự thu hút sự chú ý vào thập niên 1990, khi các nhà vật lý như R. Foot và S.N. Gninenko xem xét lại khái niệm này nhằm giải thích cho vật chất tối.
Theo giả thuyết, những hạt gương này có thể tạo thành nguyên tử gương, photon gương, thậm chí sao và thiên hà gương. Chúng không tương tác với vật chất của chúng ta thông qua điện từ (nghĩa là ta không thể nhìn thấy hay chạm vào), nhưng lại có thể tác động hấp dẫn—có lẽ là lời giải cho việc tại sao các thiên hà quay theo cách mà khối lượng quan sát được không đủ để giải thích.
Điều Này Liên Quan Gì Đến Vật Chất Tối?
Một câu hỏi tuyệt vời. Vật chất tối là một trong những bí ẩn lớn nhất của thiên văn học. Nó chiếm khoảng 27% vũ trụ (so với chỉ 5% vật chất thường), nhưng chúng ta chưa thể phát hiện trực tiếp.
Một giả thuyết cho rằng vật chất tối chính là vật chất gương—tức được tạo thành từ các hạt bóng tối. Những hạt này không phát ra ánh sáng, nên vô hình với kính thiên văn, nhưng chúng có khối lượng, giải thích được lực hấp dẫn quan sát thấy trong các thiên hà.
Các thí nghiệm như DAMA/LIBRA ở Ý đã ghi nhận những tín hiệu bất thường mà một số nhà khoa học cho rằng có thể do vật chất gương tương tác với vật chất thường trong những điều kiện hiếm hoi. Tuy nhiên, những phát hiện này vẫn còn gây tranh cãi và chưa được cộng đồng vật lý chấp nhận rộng rãi.
Liệu Chúng Ta Có Thể Thực Sự Phát Hiện Hạt Bóng Tối?
Đây chính là câu hỏi “triệu đô”. Bởi vì hạt bóng tối không tương tác với chúng ta qua lực điện từ (nền tảng của hầu hết công cụ phát hiện), nên chúng ta không thể nhìn, chạm hay phản chiếu ánh sáng từ chúng. Nhưng các nhà khoa học đang tìm những cách sáng tạo để tiếp cận:
- Thí nghiệm dao động neutron:
Một số phòng thí nghiệm đang thử nghiệm xem liệu neutron có thể tạm thời biến đổi thành neutron gương hay không. Viện Laue–Langevin (ILL) ở Pháp và Oak Ridge National Laboratory ở Mỹ đã tiến hành nghiên cứu bằng các chùm neutron siêu lạnh. Ý tưởng là: nếu neutron biến mất rồi tái xuất trong môi trường kiểm soát, có thể chúng đã “ghé thăm” thế giới gương.
- Quan sát thiên văn:
Các nhà khoa học cũng nghiên cứu thấu kính hấp dẫn (cách ánh sáng bị bẻ cong bởi khối lượng vô hình) và bức xạ phông vi sóng vũ trụ để tìm dấu vết tác động hấp dẫn của vật chất gương.
- Máy gia tốc hạt:
Một số nhà lý thuyết cho rằng trong các va chạm năng lượng cao (như tại Máy va chạm Hadron lớn – CERN), có thể tạo ra hạt gương, để lại dấu vết là “năng lượng biến mất” khỏi hệ thống quan sát.
Tại Sao Điều Này Quan Trọng?
Phát hiện hạt bóng tối sẽ là một bước ngoặt lịch sử. Nó có thể giải quyết cùng lúc nhiều bí ẩn vũ trụ: Vật chất tối là gì? Có tồn tại những chiều không gian ẩn? Liệu có cả một vũ trụ bóng gương ngay bên cạnh chúng ta?
Nghiên cứu này cũng mở rộng hiểu biết về tính đối xứng trong vật lý—một nguyên lý cốt lõi cho rằng tự nhiên có xu hướng cân bằng. Nếu vật chất gương tồn tại, điều đó có thể có nghĩa là vũ trụ được cấu trúc và cân đối hơn chúng ta từng hình dung.
