Đã đến lúc vũ trụ song song với chúng ta lộ diện

Trong nháy mắt đầu tiên, mọi thứ trông quen thuộc. Đồng hồ tích tắc trên tường, xe máy chạy dọc bên ngoài cửa sổ của bạn, tạp chí trong tay bạn có cùng một thiết kế bìa bắt mắt. Nhưng có gì đó không ổn vì đồng hồ đang chạy ngược. Ô tô đang lái xe ngược chiều. Các con chữ trong bài báo bạn đang đọc được in ngược ngạo. Rồi bạn nhận ra đó là sự phản chiếu của chính bạn và thế giới bạn đang tồn tại.

Thế giới kỳ lạ ở phía bên kia tấm gương có vẻ không thật với bạn nhưng các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge ở bang Tennessee, Mỹ thì tin rằng các vũ trụ song song, trong đó mọi thứ bị lật ngược, có khả năng cao là đang tồn tại.

Phát hiện một vũ trụ mới không chỉ thay đổi quan điểm của chúng ta về thực tại, mà còn có thể trả lời các câu hỏi hốc búa về vũ trụ chúng ta đang tồn tại đã khiến các nhà khoa học bối rối trong nhiều thập kỷ.

Minh chứng từ những phát hiện đầu tiên

Năm 1928, nhà vật lý học Paul Dirac nhận ra rằng các phương trình của cơ học lượng tử cho phép sự tồn tại của các hạt có tính chất vượt xa những hạt loài người từng biết đến trước đây. Ông dự đoán rằng một dạng hạt lượng tử hoàn toàn xa lạ đang ẩn nấp trong vũ trụ, được tạo thành từ những hạt giống hệt như những dạng hạt mà chúng ta biết nhưng có điện tích trái dấu. Thế giới ẩn phản vật chất ấy chứa gấp đôi số lượng các hạt cơ bản được biết đến trong vũ trụ của chúng ta.

Nhà vật lý học Paul Dirac

Tiếp sau đó, vào năm 1933, nhà thiên văn học người Thụy Sĩ, Fritz Zwicky, đã quan sát thấy rằng các vòng quay của các quần tụ thiên hà thể hiện rõ chúng đang bị hút bởi một lực hấp dẫn mạnh hơn so với lực hấp dẫn có thể đến từ vật chất nhìn thấy được xung quanh nó. Sau đó, những năm 1970, nhà thiên văn học người Mỹ, Vera Rubin, cũng đã quan sát thấy hiện tượng y như vậy xuất hiện ở một số các thiên hà và quần tụ thiên hà. 

Các nhà khoa học ngày hôm nay đã có thể đo được sự chênh lệch lực hút là 5:1 nhưng họ chưa bao giờ tìm thấy được vật chất bí ẩn đã tạo ra lực hút đó, mặc dù đã có hàng thập kỷ tìm kiếm trực tiếp lẫn gián tiếp.

Năm 1956, các nhà vật lý Trung Quốc là Lý Chính Đạo và Dương Chấn Ninh đã đưa ra một phát hiện nổi bật về cách thức vận hành của vật lý. Trước đó, người ta cho rằng tất cả các tương tác vật lý phải tuân theo một số đối xứng cơ bản nhất định, nghĩa là những quá trình tương tác vật lý vẫn luôn được giữ nguyên ngay cả khi những thứ khác liên quán chúng thay đổi. Ví dụ, một quả bóng phản ứng với lực hấp dẫn của Trái đất không bị ảnh hưởng bởi màu sắc của nó.

Một đối xứng quan trọng trong vật lý hạt là tính chất chẵn lẻ. Điều này bắt buộc rằng mọi tính chất vật lý phải giữ nguyên ngay cả khi tất cả các vị trí và định hướng bị lật lại, ví như thể trong gương. Lý và Dương đưa một thử nghiệm và đã chứng minh được rằng các tương tác vật lý có thể không tuân theo đối xứng. Đây là một phát hiện quan trọng đã giúp Lý và Dương đạt giải thưởng Nobel về vật lý vào năm sau. 

Lý và Dương cũng đưa ra một giải thích mới mẻ đối với khoa học vật lý lúc đó. Họ cho rằng tính đối xứng cơ bản trên thực tế là được bảo tồn và chỉ bị vi phạm vì chúng ta chỉ đang nhìn vào “một nửa bức tranh” ở vũ trụ của chúng ta. Có một khu vực khác mà sự tương đương bị phá vỡ theo hướng ngược lại để bảo tồn sự đối xứng. Vì vậy, xét một cách tổng thể hơn, sự đối xứng vẫn được bảo toàn.

Những phát hiện mới ở khoa học hiện đại ngày nay

Khái niệm về “thế giới vật chất trong gương” không được các nhà nghiên cứu quá chú trọng sau phát hiện của Lý và Dương vì phải đối mặt với một số vấn đề khó khăn trong vật lý hạt cơ bản. Nhưng giờ đây, với sự tiến bộ vượt trội của khoa học, việc nghiên cứu về thế giới bên kia tấm gương được đưa vào các nghiên cứu chính thức. Rất nhanh chóng, người ta đã đưa ra tuyên bố rằng phát hiện các dấu hiệu về sự tồn tại của nó trong hành vi của các hạt neutron. 

Theo thời gian, neutron bên ngoài một hạt nhân nguyên tử phân rã thành hai loại còn lại là electron và proton trong quá trình phân rã beta. Trong nhiều thập kỷ, chúng ta đã cố gắng tìm ra chính xác những hạt được gọi là neutron tự do này tồn tại được bao lâu trước khi chúng phân rã nhưng chúng ta chỉ nhận được những kết quả mâu thuẫn kỳ lạ.

Các hạt sinh ra trong phân rã beta

Có hai cách để đo tuổi thọ của neutron tự do: bằng chai và bằng chùm tia neutron. Cách thứ nhất, các nhà khoa học sẽ đặt các neutron siêu lạnh vào trong chai và quan sát số hạt còn lại sau một khoảng thời gian nhất định. Theo phương pháp này, neutron sống trung bình 14 phút và 39 giây. Cách thứ hai là phân tích những chùm tia neutron, xem bao nhiêu trong số đó sẽ phân rã thành proton trong một khoảng không gian và thời gian cho trước. Phương pháp này đặt vòng đời neutron ở mức 14 phút 48 giây.

Lúc đầu, các nhà vật lý nghĩ rằng sự chênh lệch 9 giây có thể do lỗi thử nghiệm. Nhưng khi họ cải thiện kỹ thuật và thu hẹp các khả năng tạo ra lỗi trong các phép đo thì họ chỉ càng thêm chắc chắn về kết quả thu được là chính xác.

Dường như có hai vòng đời neutron khác nhau cùng tồn tại song song.

“Thế giới gương có thể là thủ phạm, nếu nó tồn tại” – Giáo sư Zurab Berezhany thuộc trường Đại học L'Aquila danh tiếng tại Ý cho biết – “Một đặc điểm chính của các mô hình này là những hạt neutron dao động qua lại giữa hai thế giới. Khi vượt qua một từ trường, xác suất dao động tăng lên”. Điều này bổ sung cho một luận điểm kinh ngạc, đó là những hạt neutron chỉ là “cư dân bán thời gian” trong vũ trụ của chúng ta. Phần thời gian còn lại của nó được dành để hiện diện trong một hành tinh song song với chúng ta, nơi mà bất kỳ proton nào chúng phát ra sẽ không bị phát hiện

Nếu 1 trong 100 hạt neutron hoán đổi vào “thế giới trong gương” trước khi phát ra một proton thì điều này sẽ giải thích được vì sao vòng đời neutron lại dài hơn trong từ trường của các thí nghiệm chùm tia. 

“Đây là một lời lý giải rất tự nhiên và hợp lý” – Giáo sư Zurab Berezhany khẳng định. 

Những kế hoạch tương lai để tiếp tục khẳng định sự tồn tài của thế giới song song

Các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge hiện đang đàm phán với các nhà khai thác chùm neutron tại đây để tìm thời điểm thích hợp cài đặt thử nghiệm trong đường truyền tia và thực hiện các thử nghiệm.

Dù rất phấn khích, nhưng họ không mong đợi một sự đột phá trong lần chạy đầu tiên vì không ai biết được từ trường nào có thể tăng cường khả năng dao động. Thay vào đó, với họ, tất cả chỉ là thu hẹp phạm vi khả năng về những đầu ra kết quả không mong muốn. Mặc dầu vậy, nếu phát hiện một tín hiệu trong dữ liệu có thể phù hợp với sự tồn tại của “neutron trong gương”, các nhà khoa học tại Oak Ridge có thể tìm kiếm từ trường tương ứng bằng một cách tiếp cận độc lập. Nếu số lượng neutron thay đổi khi có hoặc không có từ trường, điều đó sẽ giúp xác nhận sự tồn tại của một vũ trụ đằng sau tấm gương.

Ngay cả khi những thí nghiệm này thật sự tìm thấy những hạt “neutron trong gương”, các nhà khoa học vẫn còn rất nhiều việc cần làm. Mặc dù đã đạt được những bước đầu tốt nhưng họ vẫn còn nhiều thách thức để giải quyết.

Nguồn dịch NewScientist