Đột phá tại CERN: Tái tạo Plasma Blazar trong phòng thí nghiệm củng cố giả thuyết về từ trường vũ trụ cổ đại

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế, đứng đầu là các chuyên gia từ Đại học Oxford, đã công bố một thành tựu đáng kể trong lĩnh vực vật lý thiên văn phòng thí nghiệm. Lần đầu tiên, họ đã tái tạo thành công các “quả cầu lửa” plasma trong điều kiện được kiểm soát chặt chẽ. Thí nghiệm đột phá này được thực hiện tại máy gia tốc Super Proton Synchrotron (SPS) ở CERN. Mục tiêu chính của nghiên cứu là tìm hiểu tính ổn định của các luồng hạt phát ra từ các blazar (thiên thể phát xạ mạnh) và làm sáng tỏ bí ẩn về sự thiếu hụt tia gamma cũng như sự tồn tại của các từ trường vũ trụ ẩn. Kết quả chi tiết của công trình này đã được công bố trên tạp chí PNAS vào ngày 3 tháng 11 năm 2025.

Bản chất của công trình nghiên cứu tiên phong này nằm ở việc mô phỏng các thác cặp (pair cascades) được khởi tạo bởi blazar, nhằm kiểm chứng bằng thực nghiệm các giả thuyết về bản chất của các trường liên thiên hà. Các nhà nghiên cứu, bao gồm Giáo sư Gianluca Gregori, Giáo sư Bob Bingham từ Cơ sở Laser Trung tâm STFC, và Giáo sư Subir Sarkar, đã sử dụng thiết bị HiRadMat để tạo ra các cặp electron-positron. Sau đó, những cặp hạt này được dẫn qua một khu vực dài một mét chứa đầy plasma xung quanh. Quá trình này mô phỏng chính xác cách bức xạ của blazar lan truyền qua môi trường liên thiên hà rộng lớn.

Vấn đề cốt lõi mà thí nghiệm này đặt ra liên quan đến sự biến mất không thể giải thích được của các tia gamma có năng lượng gigaelectronvolt (GeV). Theo tính toán lý thuyết, những tia GeV này phải được tạo ra từ các thác hạt của tia năng lượng cao hơn, cụ thể là teraelectronvolt (TeV), phát ra từ các blazar. Trước đây, có hai giả thuyết chính được đưa ra: một là sự lệch hướng của tia do các từ trường liên thiên hà yếu, hoặc hai là sự bất ổn tự phát trong các chùm cặp hạt, tạo ra các từ trường gây tán xạ bức xạ. Tuy nhiên, khi phân tích hồ sơ chùm tia và các dấu hiệu từ tính, kết quả cho thấy chùm cặp hạt vẫn giữ được độ hẹp đáng ngạc nhiên và gần như song song. Điều này chứng tỏ sự tự tương tác hoặc việc tạo ra từ trường riêng của chùm tia là cực kỳ nhỏ.

Khi ngoại suy kết quả này lên quy mô vũ trụ, nó đưa ra bằng chứng thuyết phục rằng sự bất ổn định giữa chùm tia và plasma là quá không đáng kể để giải thích cho sự thiếu hụt tia gamma GeV. Do đó, quan sát này củng cố mạnh mẽ lập trường cho rằng trong không gian liên thiên hà đã tồn tại một từ trường, có khả năng là di sản còn sót lại từ kỷ nguyên sơ khai nhất của Vũ trụ. Chiến thắng về mặt phương pháp luận này, khi đưa các hiện tượng vũ trụ cực đoan vào phòng thí nghiệm trên Trái Đất, cho phép kiểm nghiệm thực nghiệm các mô hình mang tính suy đoán. Tuy nhiên, việc loại trừ một giả thuyết lại làm sâu sắc thêm bí ẩn về cách thức từ trường sơ cấp này được “gieo mầm” trong Vũ trụ sơ khai. Theo các nhà nghiên cứu, việc giải quyết bí ẩn này có thể đòi hỏi phải xem xét lại các nguyên tắc vật lý nằm ngoài Mô hình Chuẩn hiện tại.