Khám phá 'hạt ma' sở hữu năng lượng vượt trội gấp 100 lần

TPO - Các nhà vật lý đã ghi nhận neutrino với mức năng lượng cao nhất từng được phát hiện trên Trái Đất. Hạt neutrino này, được tìm thấy dưới đáy biển Địa Trung Hải, có năng lượng lớn hơn gần 100 lần so với bất kỳ hạt ma nào đã từng được biết đến trước đây.

Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra 'hạt ma' mạnh nhất từng được ghi nhận, và nguồn gốc của nó vẫn là một ẩn số.

Hạt này, được phát hiện bởi một máy dò trong Kính viễn vọng Neutrino Kilômét Khối (KM3NeT) dưới đáy Biển Địa Trung Hải, là một neutrino với năng lượng ước tính lên đến 220 nghìn tỷ electron vôn — mạnh hơn 100 lần so với bất kỳ neutrino nào từng được phát hiện trước đây.

Quỹ đạo và năng lượng của nó cho thấy nó có thể xuất phát từ một tia vũ trụ — các hạt hạ nguyên tử như proton hoặc electron được phóng ra với tốc độ cực cao từ đâu đó trong vũ trụ. Tuy nhiên, nguồn gốc của sự kiện tạo ra hạt năng lượng khổng lồ này vẫn là một bí ẩn. Phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Nature.

"Neutrino là một trong những hạt cơ bản bí ẩn nhất. Chúng không mang điện tích, gần như không có khối lượng và chỉ tương tác yếu với vật chất", Rosa Coniglione, phó phát ngôn viên của máy dò KM3NeT và là nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý hạt nhân quốc gia Ý, cho biết trong một tuyên bố. "Chúng là những sứ giả vũ trụ đặc biệt, mang đến cho chúng ta thông tin độc đáo về các cơ chế liên quan đến các hiện tượng năng lượng cao nhất và giúp chúng ta khám phá những vùng xa xôi nhất của Vũ trụ".

Một chương mới trong lĩnh vực thiên văn học neutrino

Mỗi giây, khoảng 100 tỷ hạt neutrino đi qua mỗi centimet vuông trên cơ thể bạn. Những hạt nhỏ bé này tồn tại khắp nơi và được sinh ra từ phản ứng hạt nhân trong lõi các ngôi sao, từ những vụ nổ sao khổng lồ, quá trình phân rã phóng xạ, cũng như từ các máy gia tốc hạt và lò phản ứng hạt nhân trên Trái Đất.

Dù hiện diện ở khắp mọi nơi, neutrino lại cực kỳ khó phát hiện do chúng không mang điện tích, gần như không có khối lượng và tương tác rất yếu với vật chất. Nhiều thí nghiệm đã ghi nhận được dòng neutrino liên tục từ mặt trời, nhưng dòng này cũng che khuất các neutrino đến từ những nguồn hiếm gặp hơn, như vụ nổ siêu tân tinh hay các trận mưa hạt được tạo ra bởi tia vũ trụ.

Để loại bỏ các neutrino năng lượng thấp và tập trung tìm kiếm những hạt có năng lượng cao hơn, các nhà khoa học và kỹ sư đã xây dựng kính viễn vọng neutrino KM3NeT, bao gồm hai máy dò: ARCA (Nghiên cứu hạt thiên văn với vũ trụ trong vực thẳm) và ORCA (Nghiên cứu dao động với vũ trụ trong vực thẳm), được đặt ở các vị trí khác nhau dưới đáy Biển Địa Trung Hải.

Giống như một chiếc máy bay vượt qua tốc độ âm thanh tạo ra tiếng nổ siêu thanh, một hạt di chuyển qua môi trường làm chậm ánh sáng, chẳng hạn như nước, với tốc độ nhanh hơn ánh sáng sẽ tạo ra một ánh sáng xanh mờ gọi là bức xạ Cherenkov. Bằng cách theo dõi ánh sáng này, các nhà khoa học có thể phát hiện các vệt sáng được tạo ra khi neutrino va chạm chính xác vào hạt nhân nguyên tử.

Nguồn gốc của neutrino năng lượng cực cao này vẫn chưa được xác định. Các nhà nghiên cứu cho rằng nó có thể được gia tốc bởi một "máy gia tốc vũ trụ" mạnh mẽ như hố đen, siêu tân tinh hoặc sao xung; hoặc thậm chí đây có thể là lần đầu tiên phát hiện một neutrino "sinh ra từ vũ trụ" xuất phát từ tia vũ trụ phát ra từ nền vi sóng vũ trụ.

Để tìm ra câu trả lời, các nhà khoa học sẽ tiếp tục mở rộng KM3NeT, tạo ra một máy dò lớn hơn có khả năng thu nhận nhiều hơn những hạt neutrino hiếm gặp khi chúng di chuyển qua hành tinh của chúng ta.

Việc phát hiện neutrino đầu tiên với năng lượng hàng trăm PeV [Petaelectronvolts, tương đương hàng nghìn tỷ electronvolts] đã mở ra một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực thiên văn học neutrino và mang đến một góc nhìn mới để khám phá Vũ trụ.