Buzz
Vật chất tối luôn là một trong những bí ẩn vĩ đại nhất mà vũ trụ từng che giấu.
Theo các mô hình hiện đại, vật chất hữu hình mà con người quan sát được, bao gồm các hành tinh, ngôi sao và thiên hà, chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng khối lượng vũ trụ. Phần lớn còn lại thuộc về vật chất tối, một dạng vật chất vô hình không tương tác với ánh sáng nhưng lại có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và vận động của các thiên thể.
Bản chất của vật chất tối vẫn là một ẩn số, nhưng các nhà khoa học tin rằng nó có thể được cấu thành từ các hạt cơ bản chưa được khám phá. Việc tìm kiếm những hạt này không hề dễ dàng vì chúng cực kỳ khó nắm bắt. Để phát hiện chúng, các nhà nghiên cứu phải đặt các thiết bị dò sâu dưới lòng đất, nơi điều kiện môi trường giúp giảm thiểu tối đa nhiễu loạn. Một trong những địa điểm nghiên cứu quan trọng là Phòng thí nghiệm ngầm Boulby, nằm sâu 1,1 km dưới lòng đất tại Anh.
Phòng thí nghiệm Boulby được xây dựng trong một mỏ polyhalit và muối đang hoạt động. Ở độ sâu này, các hạt vật chất tối, nếu tồn tại, có thể xuyên qua lớp đá để tiếp cận máy dò, trong khi các tia vũ trụ bị chặn lại. Đây là yếu tố quan trọng trong nghiên cứu vật chất tối, vì bề mặt Trái Đất liên tục bị bắn phá bởi các tia vũ trụ từ nhiều nguồn khác nhau, từ Mặt Trời đến các sự kiện thiên văn năng lượng cao như siêu tân tinh hay lỗ đen.
Khi các tia vũ trụ tiếp xúc với bầu khí quyển, chúng tạo ra các hạt thứ cấp có thể xâm nhập vào máy dò và gây ra tín hiệu giả, làm nhiễu dữ liệu. Bằng cách đặt máy dò sâu dưới lòng đất, các nhà khoa học có thể tạo ra một môi trường yên tĩnh hơn, giúp phát hiện các sự kiện hiếm hoi có thể liên quan đến vật chất tối.
Giáo sư Sean Paling, giám đốc Phòng thí nghiệm ngầm Boulby, cho biết vật chất tối có thể bao gồm nhiều loại hạt với khối lượng khác nhau, từ rất nhẹ đến rất nặng. Chúng không giống bất kỳ hạt nào con người từng biết, nhưng có thể hoạt động tương tự như neutrino, những hạt hạ nguyên tử gần như không có khối lượng và có thể xuyên qua vật chất mà không bị cản trở. Hàng tỷ neutrino đi qua cơ thể chúng ta mỗi giây mà không được nhận biết, và nếu vật chất tối có tính chất tương tự nhưng khối lượng lớn hơn, chúng có thể tương tác với các nguyên tử trong máy dò theo cách có thể quan sát được. Khi một hạt vật chất tối va chạm với một nguyên tử, nó có thể tạo ra một tia sáng, và chính những tín hiệu này sẽ là manh mối để xác định sự tồn tại của nó.
Dù được bảo vệ khỏi tia vũ trụ, các máy dò vật chất tối vẫn phải đối mặt với thách thức từ bức xạ phóng xạ tự nhiên. Từ đá, thực phẩm như chuối, đến cơ thể người, mọi thứ đều phát ra một lượng bức xạ nhất định.
Để đảm bảo tín hiệu thu được là từ vật chất tối chứ không phải bức xạ nền, các nhà khoa học phải chọn vật liệu xây dựng máy dò có độ tinh khiết phóng xạ cao. Beth Green, kỹ thuật viên tại Phòng thí nghiệm ngầm Boulby, nhấn mạnh việc kiểm soát phóng xạ là yếu tố then chốt, ảnh hưởng đến độ chính xác của nghiên cứu. Boulby đã phát triển phương pháp đo lường phóng xạ, hỗ trợ các nhà khoa học toàn cầu chế tạo máy dò hạt với độ nhiễu thấp.
Không chỉ tập trung vào vật chất tối, Boulby còn tham gia nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác. Phòng thí nghiệm này đóng vai trò quan trọng trong an toàn hạt nhân, kiểm tra phóng xạ môi trường, và thử nghiệm công nghệ lưu trữ năng lượng mới. Đặc biệt, Boulby còn là nơi chuẩn bị cho các sứ mệnh không gian, thử nghiệm thiết bị dùng trong thám hiểm hành tinh.
Boulby không phải là phòng thí nghiệm ngầm duy nhất săn lùng vật chất tối. Tại Ý, Phòng thí nghiệm Quốc gia Gran Sasso đang vận hành máy dò XENON. Ở Mỹ, thí nghiệm LZ được triển khai trong một mỏ cũ tại Nam Dakota. Tại Nhật Bản, máy dò neutrino Super-Kamiokande dưới núi Ikeno cũng nghiên cứu các hạt bí ẩn. Các cơ sở này hợp tác chặt chẽ trong phát triển công nghệ và phương pháp nghiên cứu.
Trong tương lai, Boulby hướng tới trở thành nơi đặt máy dò vật chất tối quốc tế tiếp theo. Với vị trí địa lý thuận lợi và nền tảng khoa học vững chắc, phòng thí nghiệm này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giải mã bí ẩn lớn nhất của vũ trụ. Nếu vật chất tối tồn tại, nó có thể được phát hiện ngay dưới lòng đất, tại những nơi như Boulby, nơi con người kiên trì săn lùng chúng trong bóng tối sâu thẳm.
