Tương lai của nghiên cứu về vật chất tối sẽ cuối cùng được quyết định bởi những nhà chính trị

Chuyên gia tin rằng khoảng 80% vũ trụ có thể được tạo thành từ một chất bí ẩn được gọi là “vật chất tối.” Một số người thậm chí nghĩ rằng có một nhóm hoàn chỉnh các hạt tạo thành một “khu vực tối” có thể phức tạp như các gia đình vật chất và chất ngược.

Thật không may, cuộc hành trình để cuối cùng quan sát vật chất tối đang gặp khó khăn. Đơn giản là chúng ta cần thêm máy kết hợp hạt. Và liệu chúng có được xây dựng hay không, có vẻ như hoàn toàn nằm trong tay các quyền lực thuộc lĩnh vực chính trị châu Âu và Hoa Kỳ.

Tiền bạc quyết định mọi thứ

Phát triển các máy kết hợp hạt đã là một trong những nỗ lực khoa học đắt đỏ nhất của nhân loại. Tuy nhiên, chúng chưa tạo ra nhiều kết quả thực tế.

Trong khi cộng đồng khoa học toàn cầu của các cộng đồng hóa học nguyên tử và hạt nhân có vũ khí phá hủy và nhà máy điện hạt nhân là thành quả của công việc của họ, máy kết hợp hạt có vẻ đã đặt ra nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời kể từ khi chúng được vận hành.

Lý do khả năng cao nhất mà bạn không thấy những người như Giám đốc điều hành Alphabet Sundar Pichai hoặc người đàn ông giàu nhất thế giới, Elon Musk, đầu tư nguồn lực của công ty họ vào lĩnh vực vật lý hạt là vì chúng là những lỗ đen tài chính.

Và, vì máy kết hợp hạt rất đắt, cuộc hành trình để khám phá vật chất tối ẩn của vũ trụ chủ yếu là một nỗ lực để đưa ra một lý thuyết tốt hơn.

Nhưng mọi thứ đã thay đổi khi kết quả đầu tiên từ Đại máy kết hợp Hạt (LHC) cuối cùng được công bố vào năm 2015, hai năm sau khi quá trình chạy ban đầu được hoàn thành.

Mặc dù không liên quan trực tiếp đến nghiên cứu về vật chất tối, dữ liệu thu được từ va chạm hạt tổng hợp đã mang lại đủ cảm hứng cho các nhà vật lý trong lĩnh vực.

Làm thế nào điều đó hoạt động?

Ý tưởng lớn liên quan đến va chạm hạt. Cách hạt tương tác khi va chạm cho chúng ta một cái nhìn về cách bức tranh lớn — toàn bộ vũ trụ — hoạt động.

Hãy tưởng tượng một bàn bi-a được thiết lập để chơi một trò chơi bi-a 8, nhưng có một sự đổi mới: những quả bi là vô hình và bạn chỉ được phép chạm vào chúng bằng cây bi-a của mình. Khi bạn chơi, bạn phải lắng nghe va chạm giữa một quả bi và quả bi khác để xác định xem bạn có đang đạt được gì không.

Đó chính xác là những gì các nhà khoa học đang làm khi họ sử dụng máy kết hợp hạt, chỉ khác là họ sử dụng thiết bị cảm biến tiên tiến để phát hiện va chạm ở tốc độ siêu cao thay vì tai người. Để đo lường tương tác hạt, các nhà khoa học buộc chúng tương tác trong môi trường mà họ có thể kiểm soát.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu hy vọng tạo ra những máy kết hợp hạt lớn, tốt hơn và đa dạng hơn có khả năng va chạm hạt với tốc độ cao hơn. Họ cũng muốn xây dựng các máy kết hợp hạt cho các loại hạt khác nhau bao gồm muon và chất ngược.

Đó là nơi sự hứng thú xuất phát đối với các nhà khoa học theo đuổi lý thuyết về vật chất tối. Một trong những giải thích tốt nhất cho việc tại sao chúng ta, cho đến nay, không thể quan sát được vật chất tối là vì chúng ta không nhìn vào tất cả những nơi đúng.

Nếu vật chất tối không chỉ là một hạt bí ẩn duy nhất, mà thay vào đó là một khu vực toàn bộ của các hạt tối khác nhau, thì chúng ta sẽ tăng cường đáng kể cơ hội quan sát tương tác vật chất tối bằng cách đa dạng hóa các loại hạt mà các nhà khoa học có thể va chạm.

Nói cách khác, cách tốt nhất để tìm thấy vật chất tối là tiếp tục quan sát va chạm hạt cho đến khi chúng ta có đủ dữ liệu để điền vào những phần đang thiếu hiện tại.

Vấn đề

Việc sản xuất những máy móc này, với giá khởi điểm từ hàng tỷ đô la, hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn kinh phí của chính phủ.

Máy kết hợp hạt LHC của CERN đã tốn 4.5 tỷ đô la và chủ yếu được tài trợ bởi các quốc gia châu Âu với Anh, Đức, Pháp, Tây Ban Nha và Ý chịu phần lớn chi phí.

Ở Hoa Kỳ, một nhóm nhỏ các nhà vật lý được gọi là “Bài tập lập kế hoạch cộng đồng Snowmass” hiện đang xem xét hàng trăm đề xuất từ cộng đồng vật lý hạt để xác định những đề xuất nào họ sẽ đưa ra Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Quyết định của nhóm này có thể ảnh hưởng rất lớn đến số lượng đầu tư mà chính phủ Hoa Kỳ xem xét để đầu tư vào các máy kết hợp hạt mới, nếu có.

Mặc dù máy LHC, ví dụ, đã mang lại giá trị lớn cho cộng đồng khoa học, nhưng việc giải thích ý nghĩa của nó đối với công chúng chung ngày càng khó khăn và hiện tại có ít ứng dụng thực tế cho dữ liệu mà nó sản xuất. Yêu cầu các quốc gia thành viên EU hoặc chính phủ Hoa Kỳ chi trả cho thêm các máy kết hợp hạt dường như trở nên khó khăn hơn mỗi năm.

Không phải là các nhà khoa học không có gì để chỉ ra về chi phí, vấn đề thực sự là giải quyết bí ẩn của vật chất tối thật sự rất khó khăn.

Tại sao điều này quan trọng?

Gần như không thể nào đặt tầm quan trọng của việc cuối cùng nhận ra (hoặc bác bỏ) lý thuyết về vật chất tối vào quan điểm. Ngày nay, việc giải quyết câu đố cụ thể đó sẽ đi kèm với một loạt các tiêu đề “Eureka!” và, trong vài tháng, công chúng sẽ quên hết về nó.

Nhưng một trăm năm sau khi chúng ta khám phá sự thật về vật chất tối, các thế hệ tương lai sẽ có thể truy vết hầu hết các công nghệ và đột phá khoa học “hiện đại” của họ về thời điểm các nhà khoa học tìm ra nguyên nhân của vũ trụ.

Không phải vật chất tối chính nó có giá trị (mặc dù, ai biết được, đúng không?). Điểm chính là hiện nay chúng ta có một mô hình chưa hoàn chỉnh. Nếu vật chất tối không tồn tại, thì chúng ta cần phải hiểu rõ nhiều hơn về vũ trụ so với những gì chúng ta đã biết. Nếu nó tồn tại, và chúng ta gần như quan sát được nó, thì chúng ta đang ở bên bờ của việc hiểu cơ bản về cách vũ trụ hoạt động.

Đó là một điểm tri thức từ đó chúng ta có thể lập trình mô phỏng với sự tự tin đầy đủ, xây dựng máy tính lượng tử và hệ thống tốt hơn, và bắt đầu nghiên cứu công nghệ tận dụng mối quan hệ hoàn chỉnh giữa vật chất, chất ngược và vật chất tối. Nói một cách ngắn gọn, đó là khi ma thuật thực sự bắt đầu.

Việc có điều đó xảy ra trong 30 năm tới hay 300 năm tới có thể hoàn toàn phụ thuộc vào việc các nhà vật lý có thể thuyết phục các nhà chính trị đổ thêm tiền vào những chiếc máy này mà không có bất kỳ đảm bảo nào rằng họ thực sự sẽ tìm thấy những gì họ đang tìm kiếm.

Một khía cạnh, có rất nhiều công việc thực tế khác mà chúng ta có thể đầu tư hàng trăm tỷ Euro vào.

Nhưng, mặt khác, cái gì có thể quan trọng hơn việc giải quyết bí ẩn lớn nhất trong toàn bộ vũ trụ?

Đọc thêm: Thưa NASA, hãy đặt một máy kết hợp hạt trên Mặt Trăng