Trong thông cáo báo chí, hai trường đại học cho biết nhóm nghiên cứu chung đã thiết lập giới hạn hàng đầu thế giới về cách vật chất tối tương tác với vật chất thông thường, nhờ vào kỹ thuật thí nghiệm tiên tiến mang tên QROCODILE (Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark matter Incident at Low Energy, tạm dịch là Đài quan sát lạnh tối ưu lượng tử cho vật chất tối năng lượng thấp).
Vật chất tối được cho là chiếm khoảng 85% khối lượng của vũ trụ nhưng lại hoàn toàn vô hình, không tương tác với ánh sáng hay bất kỳ dạng bức xạ điện từ nào, do đó không thể phát hiện bằng các phương pháp thông thường. Tuy nhiên, sự tồn tại của vật chất tối được suy luận từ lực hấp dẫn lên những vật thể có thể quan sát được, điều không thể lý giải nếu thiếu một dạng vật chất nặng nhưng vô hình.
Các nhà thiên văn học cho rằng vật chất tối phân bố xung quanh các thiên hà theo hình dạng hào quang. Trong hệ Mặt Trời, mật độ của vật chất tối được cho là thấp hơn đáng kể so với mật độ trung bình trong toàn vũ trụ.
Thí nghiệm QROCODILE sử dụng các cảm biến siêu dẫn được làm lạnh gần tới độ không tuyệt đối (0 Kelvin), nơi các hạt hạ nguyên tử gần như ngừng dao động hoàn toàn. Việc duy trì điều kiện này trong suốt 400 giờ giúp nhóm nghiên cứu đạt đến mức độ nhạy chưa từng có, cho phép phát hiện những tín hiệu nhỏ nhất từ các tương tác khả dĩ của vật chất tối.
Các cảm biến có thể đo năng lượng cực thấp – chỉ 0,11 electronvolt, tức nhỏ hơn hàng triệu lần so với các năng lượng thường thấy trong các thí nghiệm vật lý hạt. Với độ nhạy cao như vậy, nhóm nghiên cứu có thể kiểm tra các giả thuyết về vật chất tối siêu nhẹ, nhẹ hơn hàng nghìn lần so với những gì các thí nghiệm trước đó từng khảo sát.
Trong quá trình đo lường, các nhà khoa học ghi nhận một số tín hiệu chưa giải thích được. Dù những tín hiệu này có thể xuất phát từ các nguồn nhiễu như tia vũ trụ hay phóng xạ nền (từ khí radon, thực phẩm, đá...), nhưng chúng vẫn góp phần thiết lập giới hạn tương tác mới giữa vật chất tối nhẹ với electron và hạt nhân nguyên tử – được xem là mức giới hạn hàng đầu thế giới hiện nay.
đặc biệt là cảm biến QROCODILE, với khả năng phát hiện từng photon đơn lẻ, có thể xác định hướng đi của vật chất tối nếu thu thập đủ số lượng tín hiệu. Đây là điều rất quan trọng để phân biệt tín hiệu thật với nhiễu nền và giúp truy vết nguồn gốc của các tương tác, bao gồm cả hướng chuyển động của Trái Đất trong hào quang vật chất tối của dải Ngân Hà. Phát hiện này mở ra hy vọng giúp các nhà khoa học lần đầu tiên xác định được hướng của vật chất tối, từ đó tiến gần hơn tới việc xác thực sự tồn tại của loại vật chất này.
Giai đoạn tiếp theo của dự án mang tên NILE QROCODILE (Next Incremental Low-threshold Exposure) sẽ tiếp tục nâng cao độ nhạy của các cảm biến nhằm phát hiện những tương tác nhỏ hơn cả QROCODILE hiện tại. NILE QROCODILE sẽ được tiến hành dưới lòng đất nhằm giảm thiểu tối đa ảnh hưởng từ tia vũ trụ. Giai đoạn mới cũng sẽ sử dụng các mảng cảm biến lớn hơn, lớp chắn tốt hơn và ngưỡng phát hiện năng lượng thấp hơn để tạo điều kiện xác minh liệu tín hiệu thu được có thực sự đến từ vật chất tối siêu nhẹ hay không.
Nghiên cứu đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ hơn loại vật chất giả định được cho là chiếm phần lớn khối lượng của vũ trụ và đưa giới khoa học tiến gần hơn bao giờ hết tới việc chứng minh rằng vật chất tối thực sự tồn tại.
