Từ những năm 1960, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng Vũ trụ chứa đầy một khối bí ẩn, vô hình. Được biết đến như là vật chất tối của Hồi giáo, khối lượng này được ước tính chiếm khoảng 85% vật chất trong Vũ trụ và một phần tư mật độ năng lượng của nó. Trong khi khối lượng này đã được quan sát và nghiên cứu gián tiếp, tất cả các nỗ lực xác định bản chất thực sự của nó cho đến nay đã thất bại.
Để giải quyết điều này, nhiều thí nghiệm đang được thực hiện dựa trên các công cụ vô cùng tinh vi. Một trong số này, được gọi là XENON, gần đây đã quan sát thấy một quá trình trước đây đã tránh được nhiều lần thử phát hiện. Những kết quả này có thể giúp các nhà khoa học cải thiện sự hiểu biết của họ về neutrino, mà một số nhà khoa học tin là vật chất tối được tạo thành từ cái gì.
Kết quả (XENON1T) xuất hiện như một phần của một nghiên cứu được công bố gần đây trên tạp chí Thiên nhiên. XENON là một dự án thử nghiệm chung của khoảng 160 nhà khoa học từ Châu Âu, Hoa Kỳ và Trung Đông. Nó hiện đang được dẫn dắt bởi Giáo sư Elena Aprile từ Đại học Columbia và được điều hành bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Gran Sasso (LNGS) ở Ý.
Giống như các thí nghiệm vật chất tối khác, nó nhằm mục đích phát hiện các hạt vật chất tối ứng cử viên được gọi là các hạt lớn tương tác yếu (WIMPS). Với mục đích này, cơ sở được đặt sâu dưới lòng đất để tránh sự can thiệp từ các nguồn neutrino khác (bao gồm neutrino Mặt trời được tạo ra thường xuyên bởi Mặt trời và neutrino vũ trụ của chúng ta).
Trong trường hợp thí nghiệm XENON, điều này liên quan đến việc quan sát một buồng chứa đầy Xenon-124 lỏng để tìm dấu hiệu tương tác hạt. Những dấu hiệu này sẽ cung cấp bằng chứng thực nghiệm trực tiếp đầu tiên về các hạt ứng cử viên vật chất tối. Và mặc dù tập kết quả đầu tiên của họ không xác nhận sự tồn tại của vật chất tối, nhưng lần đầu tiên nó đã quan sát thấy sự phân rã của hạt nhân nguyên tử Xenon-124.
Vì nhiều lý do, đây là một thành tựu to lớn. Ngoài việc là một người đầu tiên trong lịch sử, thời gian bán hủy được đo cho Xenon-124 dài hơn khoảng một nghìn tỷ lần so với tuổi của Vũ trụ (13,8 tỷ năm). Điều này làm cho sự phân rã phóng xạ mà họ quan sát được - cái gọi là bắt giữ electron kép của Xenon-124 - quá trình hiếm nhất từng được quan sát thấy trong một máy dò.
Như giáo sư Christian Weinheimer - một người đến từ Đại học Münster, người có nhóm lãnh đạo nghiên cứu - đã giải thích trong một thông cáo báo chí XENON:
Thực tế là chúng tôi quản lý để quan sát quá trình này trực tiếp chứng minh rằng phương pháp phát hiện của chúng tôi thực sự mạnh đến mức nào - cũng cho các tín hiệu không phải từ vật chất tối.
Để phá vỡ quá trình này, một nguyên tử Xenon-124 được tạo thành từ 54 proton và 70 neutron được bao quanh bởi lớp vỏ nguyên tử với 54 electron. Trong quá trình được gọi là bắt electron kép, hai proton trong hạt nhân đồng thời bắt được hai electron từ lớp vỏ trong cùng, biến đổi chúng thành hai neutron và phun ra hai neutrino.
Các electron khác sau đó tự tổ chức lại để lấp đầy khoảng trống được tạo ra trong lớp vỏ trong cùng trong khi năng lượng được giải phóng dưới dạng tia X và thứ được gọi là điện tử Aug Auger. Tuy nhiên, những tín hiệu này rất khó phát hiện vì quá trình này rất hiếm và bị ẩn bởi phóng xạ tự nhiên. Tuy nhiên, sự hợp tác XENON đã cố gắng thực hiện chỉ nhờ một năm quan sát giá trị với các công cụ của họ.
Các tia X phát ra là kết quả của quá trình bắt electron kép tạo ra tín hiệu ánh sáng trong xenon lỏng cũng như các electron tự do. Sau đó, các electron này di chuyển về phía phần trên của máy dò, nơi chúng tạo ra tín hiệu ánh sáng thứ hai và sự khác biệt về thời gian giữa hai lần xảy ra tương ứng với thời gian các electron đưa lên đỉnh máy dò.
Nhóm khoa học đã sử dụng khoảng thời gian này và các cảm biến buồng buồng để tái tạo lại vị trí bắt electron kép trong khi cường độ tín hiệu được sử dụng để đo lượng năng lượng được giải phóng. Điều này cung cấp cho các nhà khoa học phương tiện để xác định thời gian bán hủy cực kỳ dài của xenon, mà họ tính được là 1,8 × 10²² năm.
Những kết quả này chứng minh hiệu quả khả năng phát hiện XENON để phát hiện các quá trình hiếm trong khi loại bỏ tín hiệu nền. Các kết quả mới cũng có thể cho phép nghiên cứu sâu hơn về neutrino, loại hạt nhẹ nhất trong tất cả các hạt cơ bản và vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Chúng bao gồm khối lượng của neutrino, chưa bị hạn chế tốt.
Là Kitô hữu
Phần mềm Nó chứng minh rằng công nghệ dò XENON này mà chúng ta sử dụng cho vật chất tối linh hoạt hơn nhiều. Chúng tôi nhận được tất cả những phân tích tuyệt vời này miễn phí sau khi đã xây dựng một thử nghiệm đủ nhạy cảm để săn lùng vật chất tối.
Việc chạy quan sát XENON1T đã thu thập dữ liệu từ năm 2016 đến tháng 12 năm 2018, tại thời điểm đó, nó đã bị tắt để thực hiện nâng cấp. Sau khi hoàn thành, nhóm khoa học sẽ bắt đầu tiến hành giai đoạn quan sát tiếp theo. Được biết đến với tên gọi là XENONnT, giai đoạn này sẽ có khối lượng máy dò hoạt động lớn hơn ba lần so với thử nghiệm đầu tiên.
Cùng với các nâng cấp được thiết kế để giảm nhiễu nền, máy dò sẽ có độ nhạy cao hơn nhiều bậc. Tại thời điểm này, chúng ta có thể mong đợi rằng thí nghiệm sẽ chiếu một ánh sáng thậm chí còn sáng hơn trên các vùng tối của Vũ trụ.
