Ở một nơi nào đó xa trong vũ trụ, một ngôi sao nổ tung và một thác bắt đầu.
Năng lượng và các mảnh nhỏ của vật chất tăng tốc theo mọi hướng từ siêu tân tinh đang nở rộ. Chúng tác động đến các hành tinh và các ngôi sao khác và đâm vào phương tiện liên sao, và một phần nhỏ trong số chúng đến Trái đất.
Đây là những tia vũ trụ nguyên phát, chùm ánh sáng và các hạt hạ nguyên ma quái gọi là neutrino mà các nhà khoa học phát hiện bằng kính viễn vọng tinh xảo và một máy dò hạt lạ, vẫn bị chôn vùi dưới lớp băng ở Nam Cực. Họ đến một torrent từ mọi hướng cùng một lúc, khi các ngôi sao chết trong vũ trụ.
Nhưng chúng không phải là những tia vũ trụ duy nhất. Có một loại khác, khó phát hiện và bí ẩn hơn.
Khi các tia vũ trụ sơ cấp va chạm với môi trường giữa các vì sao - thứ không thể biết, không thể nhận ra giữa các ngôi sao - phương tiện đó xuất hiện, gửi các dòng hạt tích điện của nó ra ngoài vũ trụ, Samuel Ting, giáo sư vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts, người đã chiến thắng Giải thưởng Nobel năm 1976 vì đã phát hiện ra hạt đầu tiên của một loại hạt mới lạ được tạo thành từ cả hạt quark vật chất và phản vật chất.
Và trong một bài báo mới được xuất bản vào ngày 11 tháng 1 trên tạp chí Phys Review Letters, Ting và các đồng nghiệp của ông đã vạch ra thêm những hạt đó là gì và cách chúng hoạt động. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã mô tả các điện tích và quang phổ của các hạt của hạt nhân lithium, beryllium và boron đâm vào bầu khí quyển Trái đất - dựa trên các kết quả trước đó mô tả các điện tích và quang phổ của tia heli, carbon và oxy.
"Để nghiên cứu những thứ này, bạn cần đặt một thiết bị từ tính trong không gian, bởi vì trên mặt đất, các tia vũ trụ tích điện được hấp thụ bởi 100 km khí quyển", Ting nói với Live Science.
Kết quả của bài báo này là đỉnh cao của hơn hai thập kỷ làm việc, kể từ cuộc họp vào tháng 5 năm 1994, khi Ting và một số nhà vật lý khác đến thăm Daniel Goldin, lúc đó là quản trị viên của NASA. Mục tiêu: thuyết phục Goldin đặt nam châm lên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), sẽ bắt đầu xây dựng bốn năm sau, vào năm 1998. Nếu không có nam châm, các hạt vũ trụ sẽ đi qua bất kỳ máy dò nào theo đường thẳng, không cho thông tin về tài sản của họ, Ting nói.
Goldin "lắng nghe cẩn thận", Ting nói. "Ông nói đây là một ý tưởng thử nghiệm tốt cho trạm vũ trụ. Nhưng chưa ai từng đặt nam châm vào không gian, bởi vì nam châm trong không gian - bởi vì nó tương tác với từ trường của Trái đất - sẽ tạo ra một mô-men xoắn và trạm vũ trụ sẽ mất kiểm soát Nó giống như một la bàn từ tính. "
Để tránh vặn ISS khỏi bầu trời, Ting và cộng sự đã chế tạo Máy quang phổ từ tính Alpha (AMS): một máy dò hạt chính xác như ở Fermilab và CERN, nhưng được thu nhỏ và đặt bên trong một ống từ tính rỗng. Quan trọng, hai nửa của ống có các cực đảo ngược, vì vậy chúng xoắn mô-đun không gian theo hướng ngược lại, triệt tiêu lẫn nhau, Ting nói.
Năm 2011, AMS cưỡi lên vũ trụ trên tàu con thoi Endeavour, nhiệm vụ thứ hai đến cuối cùng của tàu đó. Và trong phần lớn thập kỷ qua, AMS đã âm thầm phát hiện 100 tỷ tia vũ trụ.
Cuối cùng, Ting và nhóm của ông hy vọng sẽ sử dụng dữ liệu đó để trả lời các câu hỏi rất cụ thể về vũ trụ, ông nói. (Mặc dù nó cũng có thể trả lời những câu hỏi trần tục hơn, giống như những hạt nào có thể khiến các phi hành gia trên đường tới Sao Hỏa.)
"Mọi người nói, 'truyền thông giữa các vì sao'. Truyền thông giữa các vì sao là gì? Tài sản là gì? Không ai thực sự biết", Ting nói. "Chín mươi phần trăm vật chất trong vũ trụ mà bạn không thể nhìn thấy. Và, do đó, bạn gọi nó là vật chất tối. Và câu hỏi là: Vật chất tối là gì? Bây giờ, để làm điều này, bạn cần phải đo rất chính xác positron, phản proton, chống -có thể, và tất cả những thứ này. "
Ting nói rằng thông qua các phép đo cẩn thận về vật chất và phản vật chất đến các tia vũ trụ thứ cấp, anh hy vọng sẽ cung cấp cho các nhà lý thuyết các công cụ cần thiết để mô tả vật chất vô hình trong vũ trụ - và thông qua mô tả đó, tìm ra lý do tại sao vũ trụ được tạo ra từ vật chất tất cả, và không phản vật chất. Nhiều nhà vật lý, bao gồm Ting, tin rằng vật chất tối có thể là chìa khóa để giải quyết vấn đề đó.
"Lúc đầu, phải có một lượng vật chất và phản vật chất như nhau. Vì vậy, câu hỏi: Tại sao vũ trụ không tạo ra phản vật chất? Điều gì đã xảy ra? Có chống heli không? Chống carbon? Chống oxy? Ở đâu? là họ à
Live Science đã tìm đến một số nhà lý thuyết nghiên cứu về vật chất tối để thảo luận về công việc của Ting và bài báo này, và nhiều người cảnh báo rằng kết quả của AMS vẫn chưa làm sáng tỏ chủ đề này - phần lớn là do công cụ này vẫn chưa thực hiện được các phép đo không gian vững chắc phản vật chất (mặc dù đã có một vài kết quả ban đầu đầy hứa hẹn).
Katie Mack, nhà vật lý thiên văn tại Đại học bang North Carolina, viết: "Làm thế nào các tia vũ trụ hình thành và lan truyền là một vấn đề hấp dẫn và quan trọng có thể giúp chúng ta hiểu về các vụ nổ năng lượng giữa các vì sao và có khả năng năng lượng cao trong các thiên hà khác". AMS là một phần quan trọng của dự án đó.
Có thể AMS sẽ đưa ra kết quả phản vật chất đã được xác minh, có ý nghĩa hơn, Mack nói, hoặc phát hiện vấn đề - giống như những gì được mô tả trong bài viết này - sẽ giúp các nhà nghiên cứu trả lời các câu hỏi về vật chất tối. Nhưng điều đó vẫn chưa xảy ra. "Nhưng đối với việc tìm kiếm vật chất tối", cô nói với Live Science, "điều quan trọng nhất là thí nghiệm có thể cho chúng ta biết về phản vật chất, bởi vì đó là vật chất tối hủy diệt thành các cặp vật chất phản vật chất tín hiệu chính đang được tìm kiếm. "
Ting cho biết dự án đang đến đó.
"Chúng tôi đo positron. Và phổ trông rất giống phổ lý thuyết của vật chất tối. Nhưng chúng tôi cần nhiều số liệu thống kê hơn để xác nhận, và tỷ lệ này rất thấp. Vì vậy, chúng tôi chỉ phải chờ vài năm", Ting nói.
