Thí Nghiệm CERN Cung Cấp Bằng Chứng Mạnh Mẽ cho Trường Từ Tính Liên Thiên Hà Phổ Biến, Giải Quyết Bí Ẩn Tia Gamma Bị Mất Tích

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã đạt được thành công lớn trong lĩnh vực vật lý thiên văn thực nghiệm khi tái tạo thành công các điều kiện cực đoan của luồng vật chất vũ trụ năng lượng cao ngay trong phòng thí nghiệm. Tại CERN ở Geneva, sử dụng máy gia tốc Super Proton Synchrotron (SPS), các nhà khoa học đã tạo ra những 'quả cầu lửa' plasma. Mục đích của nghiên cứu đột phá này là nhằm điều tra một bí ẩn vũ trụ kéo dài: sự biến mất không rõ nguyên nhân của các tia gamma năng lượng cao khi chúng di chuyển qua không gian liên thiên hà. Công trình quan trọng này, được công bố chi tiết trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vào ngày 3 tháng 11 năm 2025, đã kết nối lý thuyết vũ trụ học với thực nghiệm hữu hình trên mặt đất.

Cuộc điều tra tập trung vào các blazar – những thiên hà chứa các lỗ đen siêu khối lượng đang phun ra các chùm bức xạ và hạt mạnh mẽ hướng về Trái Đất với tốc độ gần bằng ánh sáng. Những luồng vật chất này phát ra các tia gamma cường độ cao với năng lượng teraelectronvolt (TeV). Theo dự đoán, khi các tia này đi xuyên qua không gian, chúng sẽ tương tác với ánh sáng nền vũ trụ, dẫn đến việc hình thành các cặp electron–positron. Sau đó, các cặp hạt này được cho là sẽ tạo ra bức xạ thứ cấp là các tia gamma năng lượng thấp hơn thông qua quá trình tán xạ trên nền vi sóng vũ trụ.

Tuy nhiên, các thiết bị quan sát không gian, bao gồm cả vệ tinh Fermi, đã liên tục không phát hiện được bức xạ thứ cấp dự kiến này, tạo ra một câu đố lớn đối với giới vật lý thiên văn. Hai giả thuyết chính đã được đưa ra nhằm giải thích sự thiếu hụt này: hoặc tồn tại các trường từ tính yếu lan truyền trong môi trường liên thiên hà làm chệch hướng các cặp hạt, hoặc các chùm tia bản thân chúng trở nên không ổn định khi đi qua vật chất vũ trụ thưa thớt, tạo ra các trường từ tính tự củng cố làm tiêu tán năng lượng.

Nhóm nghiên cứu, bao gồm sự hợp tác giữa Đại học Oxford và Cơ sở Laser Trung tâm (CLF) của STFC, đã sử dụng cơ sở HiRadMat của CERN để kiểm tra trực tiếp các giả thuyết này. Họ tạo ra các cặp electron–positron thông qua SPS và dẫn chúng qua một môi trường plasma dài một mét, mô phỏng sự lan truyền của chuỗi phản ứng do blazar điều khiển qua plasma liên thiên hà. Kết quả đo lường thực nghiệm đã đưa ra một câu trả lời rõ ràng: chùm hạt cặp vẫn giữ được độ hẹp đáng kể và gần như song song, cho thấy rất ít bằng chứng về sự hình thành trường từ tính tự sinh hoặc bất ổn định gây rối loạn.

Quan sát này mạnh mẽ gợi ý rằng sự bất ổn định chùm tia-plasma không phải là nguyên nhân chính gây ra việc thiếu hụt tia gamma GeV. Do đó, nó cung cấp sự ủng hộ thực nghiệm đáng kể cho giả thuyết thay thế liên quan đến sự tồn tại của các trường từ tính bên ngoài. Giáo sư Gianluca Gregori thuộc Đại học Oxford, Trưởng nhóm nghiên cứu, nhấn mạnh rằng những nỗ lực trong phòng thí nghiệm này đã kết nối hiệu quả lý thuyết trừu tượng với quan sát cụ thể, nâng cao hiểu biết của chúng ta về các hiện tượng vật lý thiên văn xa xôi.

Hàm ý cốt lõi của phát hiện này là sự xác nhận mạnh mẽ cho sự tồn tại của một trường từ tính liên thiên hà (IGMF) phổ biến, có khả năng là một di tích cổ xưa từ những khoảnh khắc sơ khai nhất của vũ trụ. Kết quả này chuyển trọng tâm khoa học từ việc chỉ giải thích các tia gamma bị thiếu sang việc tìm hiểu nguồn gốc thực sự của từ tính vũ trụ này. Sự ổn định được quan sát thấy trong thí nghiệm phòng thí nghiệm, vốn ngụ ý có một cấu trúc từ tính bên ngoài hỗ trợ, giờ đây buộc các nhà khoa học phải tìm kiếm nguồn gốc ban đầu của trường đó, coi cấu trúc vũ trụ này là một manh mối sâu sắc về các điều kiện ban đầu của vũ trụ.