Máy dò săn vật chất tối ở độ sâu 1 km

Máy dò vật chất tối đầu tiên ở Nam bán cầu chính thức đi vào hoạt động hôm 19/8.

SUPL nằm trong mỏ vàng bỏ hoang. Ảnh: SUPL

Phòng thí nghiệm vật lý dưới lòng đất Stawell (SUPL) được xây dựng trong một mỏ vàng bỏ hoang ở Australia. Mục tiêu của cơ sở là sử dụng vị trí độc nhất để thu tín hiệu từ vật chất bí ẩn được cho là tồn tại khắp vũ trụ.

Các quan sát thiên văn học trong hàng thập kỷ chỉ ra có một loại vật chất mà chúng ta không thể nhìn thấy. Loại vật chất tối này không phát ra hay tương tác với ánh sáng. Nó cũng hiếm khi tương tác với vật chất thông thường. Đôi khi, hạt vật chất tối có thể va chạm với nguyên tử của vật chất thông thường và tạo ra tín hiệu có thể phát hiện được. SUPL được xây dựng ở độ sâu 1 km dưới lòng đất để chặn tia vũ trụ truyền tới thiết bị. Bao quanh máy dò là tấm chắn bằng thép và polymer nặng khoảng 100 tấn, cùng với hệ thống chất nhấp nháy lỏng giúp loại bỏ báo động giả.

Máy dò SUPL là bể chứa 50 kg tinh thể natri iot siêu tinh khiết, có thể phát ra chớp sáng nếu va chạm với một hạt bay qua. Máy dò ánh sáng cực nhạy thường xuyên theo dõi bể để tìm tín hiệu. Các hạt khác như neutrino có thể tạo ra chớp sáng tương tự, cùng lúc với tín hiệu ở chất nhấp nháy lỏng. Bất kỳ chớp sáng nào chỉ xuất hiện ở bể natri iot được cho là đến từ vật chất tối.

Đây là thiết kế chung của các máy dò vật chất tối như XENON1T và LUX, sử dụng xenon lỏng, heli siêu lỏng hoặc nước siêu lạnh. Nhưng lợi thế của SUPL nằm ở vị trí. Những máy dò vật chất tối trước đây đều tập trung ở Bắc bán cầu, vì vậy xây dựng máy dò ở nửa kia của thế giới sẽ giúp xác nhận hoặc loại trừ một số tín hiệu đáng quan tâm mà các thí nghiệm trước đây báo cáo.

Ví dụ, cơ sở ra đời trước SUPL là Phòng thí nghiệm Gran Sasso ở Italy, xác định dấu hiệu nghi là vật chất tối vào tháng 6 năm ngoái. Các nhà nghiên cứu cho rằng kết quả này tương ứng với vị trí trên quỹ đạo của Trái Đất khi hành tinh bay qua một "cơn gió" vật chất tối. Tuy nhiên, đây cũng có thể là ảnh hưởng của những yếu tố theo mùa khác như biến động độ ẩm.

SUPL có thể giúp đưa ra kết luận chính xác. Nếu hệ thống phát hiện tín hiệu tăng vọt vào tháng 6, đây sẽ là bằng chứng chắc chắn cho giả thuyết gió vật chất tối. Ngược lại, nếu tín hiệu đạt đỉnh vào khoảng tháng 12, điều đó sẽ hé lộ tác động từ thời tiết mùa hè.