Kính thiên văn dưới đáy Địa Trung Hải kiểm nghiệm thuyết tương đối

Thuyết tương đối của Albert Einstein đã vượt qua nhiều phép thử trong hơn một thế kỷ. Tuy nhiên, các nhà vật lý vẫn tiếp tục tìm kiếm những sai lệch cực nhỏ có thể hé lộ giới hạn của lý thuyết hiện hành, đặc biệt khi cố gắng kết nối thuyết tương đối với cơ học lượng tử.

Một nghiên cứu mới sử dụng dữ liệu từ kính thiên văn neutrino ORCA thuộc dự án KM3NeT, được lắp đặt dưới đáy Địa Trung Hải, để kiểm tra một nguyên lý quan trọng của thuyết tương đối: tính bất biến Lorentz.

Một thiết bị thành phần của kính thiên văn neutrino ORCA đang được đưa xuống đáy biển Địa Trung Hải.

Theo nguyên lý này, các định luật vật lý cơ bản phải giống nhau dù người quan sát thay đổi hướng hoặc trạng thái chuyển động. Một số giả thuyết vật lý vượt ra ngoài mô hình hiện nay cho rằng nguyên lý này có thể bị vi phạm ở những điều kiện đặc biệt.

Neutrino là lựa chọn phù hợp để tìm kiếm những dấu hiệu như vậy. Đây là những hạt có khối lượng rất nhỏ, tương tác cực yếu với vật chất và có thể đi xuyên qua Trái Đất mà hầu như không bị cản trở.

Trong quá trình di chuyển, neutrino có thể chuyển đổi giữa ba loại: electron, muon và tau. Nếu tính bất biến Lorentz bị vi phạm, quá trình dao động giữa các loại neutrino có thể thay đổi theo cách khác với dự đoán của vật lý chuẩn.

Nhóm nghiên cứu sử dụng dữ liệu từ detector ORCA, đặt ở độ sâu khoảng 2,4 km dưới mặt biển ngoài khơi Toulon, Pháp. Phân tích bao gồm 5.828 neutrino khí quyển được ghi nhận trong khoảng 17 tháng, giai đoạn 2020 - 2021.

KM3NeT là một siêu dự án hạ tầng nghiên cứu dưới đáy biển Địa Trung Hải với thể tích quan sát đạt hơn 1 kilômét khối (1 tỷ mét khối nước).

Đây là hệ thống máy dò neutrino lớn nhất ở Bắc bán cầu, kết nối mạng lưới hàng trăm dây cảm biến quang học siêu nhạy ở độ sâu từ 2.450 m đến 3.500 m.

Dự án không phải là một ống kính đơn lẻ mà là một biến thể mạng lưới cảm biến 3D trải rộng dưới đáy biển, bao gồm cả hai tổ hợp máy dò chính tại Ý và Pháp (cùng kế hoạch mở rộng sang Hy Lạp trong tương lai)

Các phép đo cho thấy hiện tượng dao động neutrino phù hợp với những dự đoán của vật lý chuẩn. Nghiên cứu chưa phát hiện bằng chứng về sự vi phạm tính bất biến Lorentz.

Quy mô của dự án KM2NeT

Điều đáng chú ý là ORCA khi thu thập dữ liệu nghiên cứu mới chỉ có 6 đơn vị phát hiện. Hệ thống hiện đã mở rộng lên 44 đơn vị, với kế hoạch đạt 108 đơn vị vào năm 2030.

Việc mở rộng detector có thể giúp tăng số lượng neutrino được ghi nhận, qua đó nâng độ nhạy của những phép thử trong tương lai. Dù chưa tìm thấy dấu hiệu làm thay đổi thuyết tương đối, nghiên cứu cho thấy các thiết bị đặt sâu dưới biển có thể trở thành công cụ quan trọng để khảo sát những câu hỏi nền tảng nhất của vật lý.

Video: Cận cảnh dự án kính thiên vă neutrino dưới đáy biển Địa Trung Hải dùng kiểm chứng thuyết tương đối của Einstein.