Được cho là chiếm phần lớn khối lượng của vũ trụ, vật chất tối (dark matter) vẫn còn là bí ẩn lớn đối với nhân loại. Hàng chục năm qua, rất nhiều hạt đã được đặt giả thuyết là vật chất tối, và hai trong những ứng cử viên tiềm năng còn sót lại ngày nay là axion và photon tối (dark photon). Để xác minh giả thuyết, các nhà vật lý học tại Đại học Geneva, CERN và Đại học Sapienza ở Rome đang nghiên cứu sự chuyển đổi của hai hạt này thành sóng radio tần số thấp trong tầng điện ly (ionosphere) của Trái Đất – một “phòng thí nghiệm” tương đối dễ tiếp cận và tiết kiệm chi phí.
Phương pháp nghiên cứu độc đáo này dựa trên ý tưởng các hạt vật chất tối siêu nhẹ (ultralight dark matter hay ULDM) như axion hay photon tối có thể chuyển hoá thành photon thông thường trong môi trường plasma. Điều kiện xảy ra hiện tượng là khối lượng vật chất tối phải tương thích với tần số plasma – thông số được xác định bởi mật độ electron tự do. Môi trường plasma được nhắc đến có thể là các sao neutron, vành nhật hoa (corona), các hành tinh trong Hệ Mặt Trời như Mộc Tinh…, và cũng có thể là tầng điện ly trên Trái Đất. Mật độ electron ở những tầng này thay đổi theo độ cao, tạo nên một “màng lọc” chuyển hoá vật chất tối thành ánh sáng nếu khối lượng của chúng rơi vào khoảng phù hợp với tần số plasma.
Sau khi tính toán tỉ lệ chuyển hoá và các hiện tượng có thể làm yếu tín hiệu, các nhà nghiên cứu xác định các photon này có thể được phát hiện bởi các ăng-ten lưỡng cực (dipole) nhỏ, có giá thành vừa phải trên mặt đất. So với việc nghiên cứu bằng dữ liệu thiên văn, cách làm này tránh được sai số gây ra bởi môi trường liên sao, liên hành tinh. Hiện tại, nhóm đã hợp tác với các nhà vật lý thực nghiệm để kiểm chứng giả thuyết, phân tích dữ liệu sẵn có và lên kế hoạch cho các thí nghiệm chuyên biệt trong tương lai.
Nghiên cứu này mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn trong tìm kiếm vật chất tối thông qua các thí nghiệm dựa trên ăng-ten, mang đến một giải pháp thực tiễn, tiết kiệm và đầy triển vọng cho một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ.
Nguồn: https://phys.org/…/2025-01-exploring-earth-ionosphere…