Từ trên đỉnh ngọn núi lửa tại Mexico, các nhà vật lý học cố chứng minh có thứ bay nhanh hơn ánh sáng

Tại khu vực ngọn núi lửa cổ xưa, nay đã tắt ngấm tọa tại Mexico, các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu nhằm thay đổi nền móng khoa học: họ muốn đặt ra giới hạn mới của tốc độ ánh sáng. 

Đã từ lâu, vật lý học vẽ nên những giả thuyết hợp lý với vốn kiến thức mà họ biết, để lý giải những bí ẩn của Vũ trụ, thế nhưng không phải giả thuyết nào cũng đúng. Ví dụ như việc để thử được những giới hạn mà giả thuyết của Albert Einstein đặt ra, họ phải mở rộng thuyết mà thiên tài vật lý nêu lên. 

Dù thử nghiệm mãi vẫn sai, nhưng đó mới là bản chất của khoa học: thử đến lúc nào đúng thì thôi. Các nhà khoa học đang đối mặt với thử thách có lẽ là lớn nhất họ từng đối diện. “Choáng ngợp” là từ mà Pat Harding, nhà thiên văn học và một trong số tác giả của nguyên cứu, sử dụng khi nói tới thí nghiệm mới của họ.

Khu vực thực hiện thí nghiệm.

Một số nhà vật lý học cố giải thích bí ẩn Vũ trụ bằng những ý tưởng mới (đơn cử như thuyết dây chẳng hạn), bắt nguồn từ những giả thuyết vững chắc đã được khoa học vận dụng nhiều năm nay. Những ý tưởng này chỉ xuất phát khi một yếu tố gì phức tạp tới mức cực đoan xuất hiện, khiến họ phải mở rộng vốn hiểu biết vốn có để làm học thuyết mới có nghĩa, ví dụ như các hạt năng lượng cực cao - ultra-high-energy particle.

Trong thí nghiệm mới, các nhà khoa học cũng tìm cách mở rộng vốn hiểu biến, để xem liệu Vũ trụ có từ chối chấp nhận bất biến Lorentz ứng lên photon (các hạt ánh sáng) nhiều năng lượng. Bất biến Lorentz cho rằng quy luật vật lý tương đồng với những người quan sát khác nhau, ví dụ như một người đứng yên trên Trái Đất hoặc một người đang tự quay với một góc nào đó, hoặc chuyển động với một tốc độ bất biến tương đối với người quan sát đang đứng yên.

Kết quả của bất biến Lorentz sẽ là giá trị hằng số của hạt ánh sáng trong môi trường chân không, tức 299.792.458 m/s.

Nếu vi phạm bất biến Lorentz, thì một hạt năng lượng cực cao phải di chuyển nhanh hơn hoặc chậm hơn tốc độ ánh sáng vừa nêu, và chắc chắn việc này sẽ tạo ra những tác động cụ thể. Những hạt này sẽ hoặc phân rã, hoặc tách ra và không tới được Trái Đất, và sẽ gây hiện tượng giảm số lượng photon va chạm vào một vật thể ở mức năng lượng đủ cao. 

Dựa trên những nhận định trên, các nhà khoa học tụ họp lại tại đài thiên văn High-Altitude Water Cherenkov (HAWC) để kiếm tìm những dấu hiệu rõ ràng.

HAWC là trạm quan sát với hàng trăm bể nước lớn, nằm trên đỉnh núi lửa Siera Negra tại Mexico. Tại đây, các nhà khoa học có thể quan sát việc các hạt nhiều năng lượng tương tác với bầu khí quyển, gây nên một cơn mưa hạt và tạo ra hiện tượng lóe sáng khi tiếp xúc với nước trong bể. Các ống nhân quang (photomultiplier) sẽ biến những đốm sáng kia thành tín hiệu, và các nhà khoa học có thể tái dựng cấu trúc những hạt tạo nên hiệu ứng lóe sáng kia.

Các bể nước lớn tại High-Altitude Water Cherenkov (HAWC).

Kết hợp với những cách tính năng lượng photon hoàn chỉnh hơn trước, dữ liệu hiện ra: không thấy hiện tượng giảm photon xuất hiện, đài thiên văn HAWC tiếp tục quan sát được các photon tới từ các nguồn sáng ngoài Vũ trụ. Điều này chứng tỏ những hạt ánh sáng năng lượng lớn không thể du hành “nhanh-hơn-ánh-sáng” - faster-than-light, thuật ngữ giả tưởng vẫn được dùng để mô tả những thiết bị có thể vượt tốc độ ánh sáng.

Theo lời nhà vật lý học Humberto Martínez-Huerta, giáo sư công tác tại Đại học São Paulo, thì thông qua toán học, kết quả nghiên cứu này có thể tăng gấp 100 lần mức năng lượng mà tại đó, các giả thuyết vi phạm bất biến Lorentz có thể tồn tại. Cũng dựa vào kết quả nghiên cứu mới, một nhóm các nhà khoa học muốn dịch công trình nghiên cứu của giáo sư Humberto Martínez-Huerta thành một đơn vị đo lường thử nghiệm.

Nhìn chung, thí nghiệm chứng minh kể cả hạt ánh sáng mang lượng năng lượng lớn thì vẫn cứ bay với tốc độ ánh sáng. Quan sát mới cũng hạn chế được những giả thuyết mới mà các nhà vật lý học đặt ra nhằm chứng minh những khía cạnh chưa biết.

Tham khảo Gizmodo