Trái Đất trở thành máy dò vật chất tối: Các thí nghiệm mới từ Nhật Bản, CERN và Đức

Một cách riêng biệt, nhóm nghiên cứu do Atsushi Nishizawa (Đại học Hiroshima) dẫn đầu đã đề xuất tìm kiếm vật chất tối axion bằng cách theo dõi các biến động từ trường mặt đất ở tần số cực thấp, coi môi trường từ trường tự nhiên của Trái Đất là môi trường phát hiện . Khi các axion có khối lượng từ 1×10⁻¹⁵ eV đến 1×10⁻¹³ eV đi qua Trái Đất, lý thuyết dự đoán chúng sẽ tương tác với từ trường địa cầu toàn cầu, tạo ra các sóng điện từ có thể phát hiện được .

Nhật Bản cũng đang dẫn đầu trong lĩnh vực phát hiện dựa trên khoáng vật. Hội nghị lần thứ ba về "Phát hiện Neutrino và Vật chất tối từ Khoáng vật" (MDνDM'25) được tổ chức tại Yokohama vào tháng 5 năm 2025, do JAMSTEC đăng cai, tập trung vào việc sử dụng các mỏ khoáng sản như những máy dò hạt tự nhiên, phơi sáng lâu dài .

Thực trạng của MOND: Lý thuyết thay thế vật chất tối đối mặt với các thử nghiệm mới

Động lực học Newton sửa đổi (MOND) đề xuất rằng lực hấp dẫn hoạt động khác đi ở các gia tốc thấp, loại bỏ nhu cầu về vật chất tối vô hình . Nó dự đoán thành công các đường cong quay của thiên hà, nhưng các bằng chứng gần đây đã thách thức nó một cách đáng kể:

• Một nghiên cứu vào tháng 5 năm 2026 về động lực học của Dải Ngân hà cho thấy dữ liệu ủng hộ mạnh mẽ vật chất tối hơn là các mô hình hấp dẫn sửa đổi (MOND và STVG), bác bỏ MOND ở mức >13σ và STVG ở mức >4σ . Điều này phá vỡ các suy biến trước đây giữa cấu trúc baryon và các định luật hấp dẫn .
• Một phân tích lại vào tháng 6 năm 2026 về Cụm Bullet cho thấy các quan sát vẫn có thể phù hợp với một giải thích thay thế không có vật chất tối, nhưng nếu vật chất tối tồn tại, nó có thể với số lượng nhỏ hơn so với suy nghĩ trước đây .
• Một bài đánh giá vào tháng 5 năm 2025 kết luận MOND giải thích thành công các đường cong quay của thiên hà nhưng thất bại ở quy mô cụm thiên hà . Vấn đề nghiêm trọng nhất là các cụm thiên hà cho thấy sự chênh lệch khối lượng còn sót lại ngay cả khi được phân tích bằng MOND .
• Một nghiên cứu riêng biệt vào năm 2025 sử dụng các thiên hà lùn cho thấy các dự đoán của MOND không tái tạo được hành vi quan sát được, trong khi các mô hình vật chất tối giải thích dữ liệu một cách tự nhiên .

Đồng thuận khoa học phổ biến vẫn là vật chất tối được ưa chuộng hơn lực hấp dẫn sửa đổi như một lời giải thích cho toàn bộ các dữ liệu vũ trụ học và vật lý thiên văn .

Các dự án máy dò mới: DELight tại Heidelberg

Vào tháng 4 năm 2026, Quỹ Nghiên cứu Đức (DFG) đã phê duyệt 5,3 triệu euro tài trợ cho thí nghiệm DELight—một cuộc tìm kiếm trực tiếp vật chất tối nhẹ (light dark matter) sử dụng heli-4 siêu lỏng làm vật liệu mục tiêu . Liên minh nghiên cứu do Đại học Heidelberg dẫn đầu, với các đối tác tại KIT (Karlsruhe) và Đại học Freiburg .

DELight tập trung vào các hạt có khối lượng rất thấp là ứng cử viên cho vật chất tối, Giáo sư Kathrin Valerius giải thích . Máy dò sử dụng heli siêu lỏng cực lạnh được trang bị các máy đo nhiệt lượng từ tính diện tích lớn (LAMCALs), tối ưu hóa để phát hiện các hạt vật chất tối có khối lượng rất thấp, vốn tạo ra các năng lượng lắng đọng cực nhỏ . Heli mang lại một số lợi thế: khối lượng hạt nhân thấp và độ tinh khiết phóng xạ nội tại của nó khiến nó trở nên lý tưởng cho các thí nghiệm ngưỡng thấp, đồng thời cho phép thiết kế máy dò có khả năng mở rộng .

Nhóm nghiên cứu OMNIA tại Viện Vật lý Hạt nhân Max Planck (MPIK) ở Heidelberg cũng đang hoạt động tích cực trong các cuộc tìm kiếm vật chất tối thông qua vi thấu kính (microlensing) và các thí nghiệm hạt thiên văn .

Thí nghiệm FASER tại CERN: Đẩy mạnh ranh giới tìm kiếm Dark Photon

FASER (Thí nghiệm Tìm kiếm Hướng tới) tại Máy gia tốc hạt lớn (LHC) tiếp tục thu được kết quả. Vào tháng 4 năm 2026, nó đã báo cáo các cuộc tìm kiếm mới cho dark photon (photon tối) sử dụng 177 fb⁻¹ dữ liệu va chạm proton-proton từ LHC Run 3 . Dark photon là các hạt trung gian giả định của một "khu vực tối" (dark sector) ẩn có thể giải thích vật chất tối .

Cuộc tìm kiếm mới của FASER sử dụng dữ liệu được thu thập từ năm 2022 đến 2024, tương ứng với độ sáng tích hợp 177 fb⁻¹ tại năng lượng khối tâm 13,6 TeV . Giới hạn quan sát được loại trừ dark photon có khối lượng từ khoảng 10 đến 150 MeV và các tương tác ở mức khoảng 10⁻⁵–10⁻⁴, loại bỏ một phần không gian tham số khả thi về mặt vũ trụ học . EP-News của CERN đã nhấn mạnh vào tháng 6 năm 2026 rằng FASER đã mở ra những cánh cửa mới cho cả khu vực tối và vật lý neutrino ở thang TeV .

Bức tranh toàn cảnh

Lĩnh vực này đang tiến triển trên nhiều mặt trận—các máy dò tự nhiên quy mô Trái Đất (Nhật Bản), các thí nghiệm đông lạnh mới chuyên dụng (DELight tại Heidelberg), các cuộc tìm kiếm khu vực tối dựa trên máy gia tốc (FASER tại CERN), và sự căng thẳng tiếp diễn giữa mô hình vật chất tối và các giải pháp thay thế lực hấp dẫn sửa đổi. Phát hiện trực tiếp vẫn chưa tìm thấy vật chất tối, nhưng độ nhạy của các thí nghiệm đang được cải thiện nhanh chóng . Các máy dò thế hệ tiếp theo như DarkSide-20k, DARWIN/XLZD và PandaX-xT đang trong giai đoạn thiết kế, nghiên cứu và phát triển, hoặc xây dựng .