Vật chất tối chiếm 85% tổng khối lượng của vũ trụ. Do không tương tác với các photon địa từ thông thường, chúng trở nên vô hình với mắt và kính viễn vọng của chúng ta. Mặc dù nguồn gốc của vật chất tối là một bí ẩn, chúng ta biết đến sự tồn tại của nó do các nhà thiên văn học đã quan sát được lực hút của nó tác động đến các ngôi sao và thiên hà.
Máy gia tốc hạt lớn của CERN - thiết bị quan trọng để nghiên cứu các hạt cơ bản. Ảnh: Wired
Một số giả thuyết cho rằng ngoài trọng lực, các hạt vật chất tối có thể tương tác với vật chất nhìn thấy được qua một lực lượng mới mà cho đến nay khoa học vẫn chưa thể phát hiện ra. Cũng như lực điện từ được gây ra bởi các photon, lực lượng bóng tối này được cho là lan truyền qua một loại hạt được gọi là “photon bóng tối” - trung gian giữa vật chất thấy được và vật chất tối. Các “photon bóng tối” có thể tương tác với photon thông thường trong một quá trình được gọi là pha trộn, tạo nên các hiệu ứng khó nhận biết nhưng có thể đo lường.
Các nhà khoa học của CERN đang tìm kiếm những hiệu ứng này thông qua thí nghiệm mang tên NA64. Nhà khoa học Sergei Gninenko - người phát ngôn của tổ chức nghiên cứu nổi tiếng này - cho biết trong một tuyên bố giải thích thí nghiệm: “Để dễ hiểu, chúng ta có thể hình dung vật chất thấy được và vật chất tối giống như hai người không nói cùng một ngôn ngữ có thể hiểu nhau thông qua người thứ ba - người có thể hiểu và nói cả hai ngôn ngữ, đó là “photon bóng tối”.
Thí nghiệm NA64 dựa trên một trong những định luật kinh điển của vật lý: Định luật bảo toàn năng lượng. Các nhà khoa học phóng một chùm electron - có năng lượng ban đầu được đo đếm vô cùng chính xác - vào một máy dò siêu nhạy. Tương tác giữa các điện tử đến và các hạt nhân nguyên tử trong máy dò giúp sản sinh ra các hạt photon nhìn thấy được.
Năng lượng của các photon đó được đo và nó phải tương đương với các electron. Tuy nhiên, nếu các photon tối tồn tại, nó sẽ mang theo một phần năng lượng của electron ban đầu và máy dò sẽ phát hiện ra.
Bất kỳ sự khác biệt nào về năng lượng giữa hai loại hạt này sẽ là bằng chứng về sự tồn tại của các hạt chưa được phát hiện trong khu vực tối từ trước tới nay. “Dấu vết về sự có mặt của các photon tối chính là sự thiếu hụt một lượng lớn năng lượng trong máy dò mà nguyên nhân không thể có liên quan tới các hạt thường” - CERN cho biết.
Việc phát hiện được bất kỳ “photon bóng tối” nào cũng đánh dấu một bước đột phá lớn trong hành trình săn tìm vật chất tối - một cuộc đi săn thường không có kết quả, bất chấp những nỗ lực trong hàng thập kỷ qua của ngành vật lý.