Could we create dark matter? - Rolf Landua

Liệu chúng ta có thể tạo ra vật chất tối? - Rolf Landua

Translator: Chi Quách Reviewer: Đông Nguyễn

85% of the matter in our universe is a mystery.

85% vật chất trong vũ trụ của chúng ta là một bí ẩn.

We don't know what it's made of, which is why we call it dark matter.

Chúng ta không biết nó tạo nên từ cái gì. Đó là lý do ta gọi nó là vật chất tối.

Nhưng ta biết nó ở ngoài đó bởi ta có thể quan sát thấy tác động hấp dẫn của nó

But we know it's out there because we can observe its gravitational attraction

on galaxies and other celestial objects.

lên các thiên hà và thiên thể khác.

We've yet to directly observe dark matter,

Ta vẫn chưa thể quan sát trực tiếp vật chất tối,

but scientists theorize that we may actually be able to create it

nhưng các nhà khoa học lý luận rằng thật ra ta có thể tạo ra nó

in the most powerful particle collider in the world.

trong chiếc máy gia tốc hạt mạnh nhất thế giới.

That's the 27 kilometer-long Large Hadron Collider, or LHC,

Đó là chiếc máy dài 27 km, Large Hadron Collider (LHC),

in Geneva, Switzerland.

ở Geneva, Thụy Sỹ.

So how would that work?

Vậy nó hoạt động ra sao?

In the LHC, two proton beams move in opposite directions

Trong LHC, hai chùm proton di chuyển theo hai hướng ngược nhau

and are accelerated to near the speed of light.

và được gia tốc tới gần tốc độ ánh sáng.

At four collision points, the beams cross and protons smash into each other.

Ở bốn điểm va chạm, các chùm hạt gặp nhau và các proton va vào nhau.

Protons are made of much smaller components called quarks and gluons

Proton tạo nên từ các thành phần nhỏ hơn rất nhiều gọi là quark và gluon.

In most ordinary collisions, the two protons pass through each other

Trong hầu hết các va chạm thông thường, hai proton đi xuyên qua nhau

without any significant outcome.

mà không có tác động gì đáng kể.

However, in about one in a million collisions,

Tuy nhiên, trong khoảng 1 trong 1 triệu va chạm,

two components hit each other so violently,

hai thành phần va vào nhau một cách dữ dội đến nỗi,

that most of the collision energy is set free

hầu hết năng lượng của vụ va chạm được giải phóng

producing thousands of new particles.

sản sinh ra hàng ngàn hạt mới.

It's only in these collisions that very massive particles,

Chỉ trong những va chạm này, các hạt lớn

like the theorized dark matter, can be produced.

như vật chất tối mới có thể được tạo ra.

The collision points are surrounded by detectors

Các điểm va chạm được bao quanh bởi các máy dò

containing about 100 million sensors.

chứa khoảng một trăm triệu cảm biến.

Like huge three-dimensional cameras,

Giống như các máy quay 3 chiều khổng lồ,

they gather information on those new particles,

chúng thu thập thông tin về các hạt mới,

including their trajectory,

bao gồm quỹ đạo,

electrical charge,

điện tích,

and energy.

và năng lượng.

Once processed, the computers can depict a collision as an image.

Sau khi xử lý, máy tính có thể mô tả một va chạm bằng một hình ảnh.

Each line is the path of a different particle,

Mỗi đường là một đường đi của mỗi hạt khác nhau

and different types of particles are color-coded.

và những loại hạt khác nhau có màu khác nhau.

Data from the detectors allows scientists to determine

Dữ liệu từ các máy dò cho phép các nhà khoa học xác định

what each of these particles is,

mỗi hạt trong số đó là gì,

things like photons and electrons.

như là các photon và electron.

Now, the detectors take snapshots of about a billion of these collisions per second

Bây giờ, các máy dò chụp nhanh với tốc độ một tỷ va chạm mỗi giây

to find signs of extremely rare massive particles.

để tìm ra các dấu hiệu của những loại hạt lớn cực kỳ hiếm gặp.

To add to the difficulty,

Càng khó khăn hơn khi

the particles we're looking for may be unstable

các hạt ta đang tìm có thể không ổn định

and decay into more familiar particles before reaching the sensors.

và phân rã thành các hạt quen thuộc hơn trước khi tới được các cảm biến.

Take, for example, the Higgs boson,

Ví dụ như hạt Higg,

một loại hạt tồn tại trên lý thuyết nhưng cho đến năm 2012 mới được quan sát.

a long-theorized particle that wasn't observed until 2012.

The odds of a given collision producing a Higgs boson are about one in 10 billion,

Tỷ lệ va chạm tạo ra một hạt Higg là khoảng 1 trên 10 tỷ,

and it only lasts for a tiny fraction of a second

và nó chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của giây

before decaying.

trước khi phân rã.

But scientists developed theoretical models to tell them what to look for.

Nhưng các nhà khoa học đã phát triển các mô hình lý thuyết để biết họ cần tìm gì.

For the Higgs, they thought it would sometimes decay into two photons.

Với hạt Higg, họ nghĩ rằng đôi lúc nó sẽ phân rã thành hai photon.

So they first examined only the high-energy events

Vì vậy, đầu tiên họ chỉ nghiên cứu các sự kiện có năng lượng cao

that included two photons.

có sự xuất hiện của hai photon.

But there's a problem here.

Nhưng ở đây có một vấn đề.

There are innumerable particle interactions

Có vô số tương tác hạt

that can produce two random photons.

có thể tạo ra hai photon ngẫu nhiên.

So how do you separate out the Higgs from everything else?

Vậy làm thế nào để nhận diện hạt Higg trong tất cả những thứ khác?

The answer is mass.

Câu trả lời là khối lượng.

The information gathered by the detectors allows the scientists to go a step back

Thông tin thu thập được từ các máy dò cho phép các nhà khoa học quay ngược lại

and determine the mass of whatever it was that produced two photons.

và xác định khối lượng của thứ đã tạo ra hai photon.

They put that mass value into a graph

Họ đưa giá trị khối lượng đó vào một biểu đồ

and then repeat the process for all events with two photons.

và lặp lại quá trình với tất cả các sự kiện có sự xuất hiện của 2 photon.

The vast majority of these events are just random photon observations,

Phần lớn các sự kiện này chỉ là các quan sát photon ngẫu nhiên,

what scientists call background events.

cái mà các nhà khoa học gọi là sự kiện nền.

Nhưng khi một hạt Higg được tạo ra và phân rã thành hai photon,

But when a Higgs boson is produced and decays into two photons,

the mass always comes out to be the same.

khối lượng của nó luôn là như nhau.

Therefore, the tell-tale sign of the Higgs boson

Do đó, dấu hiệu xuất hiện hạt Higg

would be a little bump sitting on top of the background.

sẽ là một vùng nhô lên trên nền.

It takes billions of observations before a bump like this can appear,

Phải mất hàng tỷ quan sát trước khi một vùng nhô lên như thế xuất hiện,

and it's only considered a meaningful result

và nó chỉ được coi là một kết quả có ý nghĩa

if that bump becomes significantly higher than the background.

nếu vùng nhô lên đó cao hơn đáng kể so với nền.

In the case of the Higgs boson,

Trong trường hợp hạt Higg,

the scientists at the LHC announced their groundbreaking result

các nhà khoa học ở LHC công bố kết quả đột phá của họ

when there was only a one in 3 million chance

khi cơ hội chỉ là 1 trên 3 triệu,

this bump could have appeared by a statistical fluke.

phần nhô lên này có thể đã xuất hiện nhờ một sự may mắn trong thống kê.

So back to the dark matter.

Trở lại với vật chất tối.

If the LHC's proton beams have enough energy to produce it,

Nếu chùm proton trong LHC có đủ năng lượng để tạo ra nó,

that's probably an even rarer occurrence than the Higgs boson.

đó có thể là một sự xuất hiện hiếm hơn cả hạt Higg.

So it takes quadrillions of collisions combined with theoretical models

Vì vậy phải mất hàng nghìn triệu triệu va chạm kết hợp với mô hình lý thuyết

to even start to look.

để bắt đầu tìm kiếm.

That's what the LHC is currently doing.

Đó là điều LHC hiện đang tiến hành.

By generating a mountain of data,

Bằng việc tạo khối lượng lớn dữ liệu,

we're hoping to find more tiny bumps in graphs

chúng tôi đang hy vọng tìm ra được những vùng nhô lên nhỏ trên đồ thị,

that will provide evidence for yet unknown particles, like dark matter.

thứ sẽ cung cấp các bằng chứng cho các hạt chưa được biết, như vật chất tối.

Or maybe what we'll find won't be dark matter,

Hoặc cái chúng ta sẽ tìm kiếm không phải vật chất tối,

but something else

mà là thứ gì đó khác

that would reshape our understanding of how the universe works entirely.

thứ sẽ định hình lại hiểu biết của chúng ta về cách vũ trụ vận hành.

That's part of the fun at this point.

Đây mới chính là phần thú vị.

We have no idea what we're going to find.

Chúng ta không biết chúng ta sẽ tìm kiếm những gì.