Phát hiện hạt ma mạnh nhất lịch sử dưới biển Địa Trung Hải

Hạt này được gọi là neutrino, có năng lượng cao gấp hơn 30 lần so với bất kỳ neutrino nào từng được phát hiện.

Kính viễn vọng neutrino kilomet khối (KM3NeT), được trưng bày trước khi hạ xuống đáy biển Địa Trung Hải. (Nguồn: KM3NeT)

Neutrino là những hạt cực nhỏ, gần như không có khối lượng, có thể xuyên qua mọi loại vật chất mà không bị ảnh hưởng. Chính vì thế, chúng thường được gọi là "hạt ma". Những hạt này đến từ những vùng xa xôi nhất của vũ trụ, băng qua các hành tinh, ngôi sao, thậm chí cả thiên hà mà vẫn giữ nguyên cấu trúc.

Nhóm nghiên cứu KM3NeT Collaboration, gồm hơn 360 nhà khoa học trên toàn thế giới, đã công bố phát hiện mang tính đột phá này trên tạp chí Nature.

Theo đó, hạt ma phá kỷ lục, được đặt tên là KM3-230213A, có mức năng lượng lên đến 220 PeV (220 triệu tỷ electron volt). Con số này cao hơn khoảng 30.000 lần so với mức năng lượng mà máy gia tốc hạt mạnh nhất thế giới Large Hadron Collider (LHC), ở Thụy Sĩ có thể tạo ra.

Nhà nghiên cứu Brad K. Gibson ví von rằng, nếu so sánh năng lượng của một hạt ma này tương đương với năng lượng giải phóng khi phân tách một tỷ nguyên tử uranium – một con số khổng lồ khi đặt cạnh mức năng lượng mà các lò phản ứng hạt nhân hiện nay sản xuất.

Nguồn gốc bí ẩn của hạt ma siêu năng lượng

Các nhà khoa học tin rằng hạt ma này có nguồn gốc từ bên ngoài Dải Ngân Hà, nhưng hiện vẫn chưa thể xác định chính xác điểm xuất phát của nó. Giả thuyết đặt ra là hạt ma có thể được tạo ra từ những sự kiện vũ trụ cực đoan, như lỗ đen siêu lớn, vụ nổ tia gamma, hoặc tàn dư siêu tân tinh.

Hạt ma di chuyển qua mạng lưới các máy dò, phát ra tín hiệu và ánh sáng xanh. (Nguồn: KM3NeT)

Paschal Coyle, chuyên gia ở Trung tâm vật lý hạt Marseille, Pháp, nhận định rằng phát hiện này đánh dấu một bước ngoặt trong ngành thiên văn học hạt ma, mở ra cơ hội khám phá những hiện tượng vũ trụ mạnh mẽ nhất.

Hạt ma rất khó phát hiện vì chúng hiếm khi tương tác với vật chất, nhưng khi chúng va chạm với nước hoặc băng, chúng sẽ phát ra ánh sáng xanh đặc trưng. Đây chính là cách mà mạng lưới kính viễn vọng KM3NeT, nằm sâu dưới đáy Địa Trung Hải, phát hiện ra hạt neutrino kỷ lục này.

Hệ thống KM3NeT bắt đầu được xây dựng từ năm 2015, gồm nhiều cảm biến quang học kỹ thuật số được neo vào đáy biển. Dù chưa hoàn thiện, nhưng mạng lưới này đã có đủ khả năng để phát hiện các hạt ma có năng lượng cao. Máy dò Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss (ARCA), đặt ở độ sâu hơn 3.450 m ngoài khơi Sicilia, Italia, chính là nơi ghi nhận tín hiệu của hạt ma KM3-230213A vào ngày 13/2/2023.

Việc phát hiện hạt ma siêu năng lượng này giúp các nhà khoa học tiến gần hơn đến việc xác định nguồn gốc của tia vũ trụ, những hạt năng lượng cao nhất trong vũ trụ. Tia vũ trụ chủ yếu là proton hoặc hạt nhân nguyên tử, được gia tốc đến tốc độ cực đại bởi các nguồn mạnh mẽ như vụ nổ tia gamma, hoặc sự tương tác giữa tia vũ trụ với bức xạ nền vi sóng vũ trụ – dấu tích còn sót lại từ vụ nổ Big Bang 13,8 tỷ năm trước.

Bằng cách phân tích dữ liệu từ các kính viễn vọng tia gamma, tia X và sóng vô tuyến, nhóm nghiên cứu đã khoanh vùng được 12 blazar (các thiên hà hoạt động mạnh) có thể là nguồn gốc của hạt ma này. Tuy nhiên, cần thêm nghiên cứu để xác nhận chính xác nguồn phát.

Nhà vật lý Erik K. Blaufuss từ Đại học Maryland nhận định: "Nhiều phát hiện về hạt ma vũ trụ không có sự tương quan rõ ràng với các vật thể thiên văn đã biết, điều này có thể chỉ ra rằng nguồn gốc của chúng nằm ở những vùng cực kỳ xa xôi, hoặc thậm chí đến từ một dạng vật thể thiên văn chưa từng được phát hiện".

Xuân Minh