Các nhà khoa học cuối cùng cũng khám phá được bí ẩn của vật chất tối trong vũ trụ

Chiếm tới 80% vũ trụ là vật chất tối, chúng ta biết sự tồn tại và đã nghiên cứu vật chất tối trong nhiều thập kỷ, nhưng nguồn gốc vật lý của nó vẫn còn là một bí ẩn. Mặc dù không thể quan sát trực tiếp, các nhà khoa học biết vật chất tối tồn tại do sự tương tác bằng trọng lực với những vật chất sáng, như các ngôi sao và hành tinh. Vật chất tối bao gồm các hạt không hấp thụ, phản xạ hoặc phát ra ánh sáng.

Mới đây, các nhà vật lý hạt nhân tại Đại học York, Canada tuyên bố đã khám phá được bí ẩn của vật chất tối trong vũ trụ. Họ đã phát hiện ra một loại hạt nguyên tử phụ mới, gọi là hexaquark d-star.

Hạt này gồm có 6 hạt quark, các hạt cơ bản thường kết hợp theo bộ ba để tạo thành proton và neutron. Điều quan trọng là 6 hạt quark bên trong d-star linh hoạt hơn, khiến cho chúng có thể kết hợp với nhau theo những cách rất khác với các proton và neutron thông thường.

Quark là hạt cơ bản, thường kết hợp theo từng bộ ba để tạo thành các proton và neutron. Các hạt tạo thành từ 3 quark được gọi chung là baryon. Hầu hết các vật chất nhìn thấy được trong vũ trụ đều được tạo ra từ các baryon này. Cơ thể chúng ta là các baryon, Mặt Trời, các hành tinh và bụi cũng vậy.

Khi 6 quark kết hợp, nó tạo ra một loại hạt được gọi là dibaryon hay hexaquark. Đây là một loại hạt mà không thường thấy và không được nghiên cứu nhiều. Các hexaquark d-star còn đặc biệt vì chúng lại chính là hạt boson, nghĩa là tuân theo các thống kê của Bose-Einstein, một thống kê mô tả cách thức các hạt hoạt động. Trong trường hợp này, điều đó có nghĩa là các hạt hexaquark d-star có thể tạo thành một thứ gọi là ngưng tụ Bose-Einstein, trạng thái thứ 5 của vật chất.

Nhóm nghiên cứu đặt ra giả thuyết rằng, sau vụ nổ Big Bang hình thành nên vũ trụ, các hạt hexaquark d-star được giải phóng ra rất nhiều. Khi vũ trụ nguội dần và mở rộng, chúng liên kết với nhau và ngưng tụ, để tạo thành trạng thái vật chất thứ 5 (trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein).

Trạng thái này được hình thành khi một loại khí mật độ thấp của các hạt boson được làm lạnh tới gần độ không tuyệt đối. Ở trạng thái này, các nguyên tử chuyển từ trạng thái dao động sang tĩnh lặng, trạng thái lượng tử thấp nhất có thể đạt được. Do vậy, chúng cũng không hấp thụ, phản xạ hoặc phát ra ánh sáng.

Tiến sĩ MIkhail Bashkanov và Giáo sư Daniel Watts từ khoa vật lý tại Đại học York, đã công bố nghiên cứu đầu tiên về loại hạt tạo thành nên vật chất tối của vũ trụ.

Giáo sư Daniel Watts cho biết: “Nguồn gốc của vật chất tối trong vũ trụ là câu hỏi lớn nhất của các nhà khoa học, cho đến nay vẫn chưa có câu trả lời. Nghiên cứu của chúng tôi chỉ ra rằng trạng thái ngưng tụ của các hạt d-star có thể hình thành nên vật chất tối. Kết quả nghiên cứu này rất thú vị, vì nó không yêu cầu bất kỳ khái niệm nào mới của vật lý hiện đại”.

Tiến sĩ Mikhail Bashkanov cho biết họ sẽ tiếp tục nghiên cứu về cách các hạt d-star này tương tác với nhau, đồng thời hợp tác với các nhà khoa học tại Mỹ và Đức để kiểm tra giả thuyết trên. Nếu như giả thuyết này là chính xác, chúng ta sẽ sớm khám phá được toàn bộ bí ẩn của vật chất tối trong vũ trụ.

Tham khảo: sciencealert, BGR, scitechdaily