Máy dò ở Nam Cực phát hiện hạt ma xuyên qua Trái đất

Thiết bị chôn sâu ở Nam Cực phát hiện hạt tau neutrino bắn từ những sự kiện vật lý thiên văn cực mạnh tới Trái đất.

Các nhà thiên văn học sử dụng đài quan sát IceCube chôn sâu bên trong lớp băng ở Nam Cực và phát hiện 7 hạt neutrino hay còn gọi là hạt ma khi chúng bay xuyên qua Trái đất. Tín hiệu chỉ ra những hạt này là hạt neutrino, đóng vai trò như vật đưa tin quan trọng giữa các sự kiện vũ trụ năng lượng cao và Trái đất, Space hôm 15/3 đưa tin.

Máy dò ở Nam Cực phát hiện hạt ma xuyên qua Trái đất
Đài quan sát hạt ma IceCube ở Nam Cực. (Ảnh: Jack Pairin).

Hạt neutrino là những hạt không tích điện và gần như không có khối lượng, bay qua vũ trụ ở tốc độ gần bằng vận tốc ánh sáng. Do những đặc điểm đó, neutrino hầu như không tương tác với bất cứ thứ gì. Trên thực tế, có khoảng 100 nghìn tỷ hạt neutrino bay xuyên qua cơ thể người mỗi giây. Nếu dùng một máy dò neutrino lớn cỡ con người, bạn sẽ phải chờ khoảng 100 năm để một hạt neutrino tương tác với hạt trong cơ thể người. Do bản chất khó phát hiện, hạt neutrino có biệt danh là "hạt ma".

Hạt neutrino năng lượng cao từ các nguồn trong vũ trụ ở rìa dải Ngân Hà có tên neutrino vật lý thiên văn và chúng có 3 dạng: electron neutrino, muon neutrino và tau neutrino. Tất cả những hạt ma này đều khó dò. Năm 2013, đài quan sát IceCube lần đầu tiên phát hiện hạt neutrino vật lý thiên văn. Hiện nay, cơ sở đặc biệt tìm thấy hạt tau neutrino, có thể đóng vai trò như một vật đưa tin vũ trụ hoàn toàn mới, theo Doug Cowen, giáo sư vật lý ở Đại học Pennsylvania kiêm đồng trưởng nhóm nghiên cứu.

Để phát hiện hạt neutrino truyền qua Trái đất, IceCube sử dụng nhiều xâu quả cầu vàng gọi là module quang kỹ thuật số (DOM), đặt chìm trong băng. Tổng cộng, đài quan sát có 5.160 DOM chôn sâu bên trong lớp băng Nam Cực, chỉ chờ hạt neutrino tương tác với phân tử trong băng và tạo ra các hạt tích điện. Những hạt tích điện này phát ra ánh sáng màu xanh dương khi di chuyển trong băng và DOM ghi lại ánh sáng của chúng. Cụ thể hơn, khi hạt tau neutrino năng lượng cao tương tác với phân tử, chúng tạo ra sự phát xạ ánh sáng đặc trưng, bao gồm sự kiện kép với hai đỉnh ánh sáng mà DOM có thể phát hiện.

IceCube có thể phát hiện các dạng neutrino khác theo thời gian thực, nhưng hiện nay cơ sở không thể làm vậy với hạt tau neutrino. Thay vào đó, việc săn tìm loại hạt đặc biệt này đòi hỏi rà soát dữ liệu lưu trữ trong một thập kỷ. Nhưng thay vì tự tìm kiếm, nhóm nghiên cứu phát triển mạng thần kinh tích chập tối ưu hóa phân loại hình ảnh để rà soát dữ liệu do IceCube thu thập trong gần 10 năm, từ năm 2011 đến 2020 nhằm tìm dấu hiệu của hạt tau nẻutrino. Kết quả là họ phát hiện dấu vết của 7 hạt tau neutrino tiềm năng. Theo Cowen, khả năng nhầm lẫn chỉ ở mức 1 phần 3,5 triệu.

Phát hiện mới chỉ sử dụng 3 xâu máy dò DOM, nhưng phân tích trong tương lai sẽ dùng nhiều máy dò hơn. Nhóm nghiên cứu chia sẻ phát hiện trên cơ sở dữ liệu arXiv và sẽ công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Từ khóa liên quan: