Thực ra chủ biên đã hơi thiếu am hiểu trong lĩnh vực này rồi. Tìm kiếm vật chất tối không nhất thiết phải cần đến lý thuyết mới, dựa vào các lý thuyết hiện có cũng có khả năng phát hiện ra chúng, thậm chí có thể phát hiện ra loại vật chất tối chưa từng được lý thuyết nào dự đoán trong các thí nghiệm. Nếu xảy ra trường hợp này, người đưa ra lý thuyết sẽ được trao giải, còn nếu là trường hợp sau, người trực tiếp phát hiện ra sẽ được vinh danh. Lữ Khưu Kiến sở dĩ đề xuất lý thuyết mới, ngoài việc lý thuyết này thực sự khả thi, còn muốn củng cố thêm lý do để bản thân có thể giành giải thưởng!
Vì vật chất tối không thể nhìn thấy được, vậy giới vật lý đã phát hiện ra sự tồn tại của nó bằng cách nào? Hay nói cách khác, tại sao các nhà vật lý lại giả định rằng vật chất tối tồn tại?
Điều này phải bắt đầu từ thói quen làm việc của các nhà vật lý. Các nhà toán học thường bắt đầu bằng việc đưa ra những giả định hiển nhiên, chẳng hạn như "đường thẳng là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm", rồi từ những tiên đề không cần chứng minh đó để suy luận ra một hệ thống toán học đồ sộ. Trong khi đó, các nhà vật lý lại đưa ra giả thuyết trước, cứ dùng đã rồi tính sau. Nếu giả thuyết đó tự nhất quán, phù hợp với các hiện tượng đã biết trong phạm vi sai số đo lường và có thể đưa ra những dự đoán hợp lý, thì nó được coi là đúng.
Vật lý học mang tính có thể bị bác bỏ. Đối với bất kỳ lý thuyết vật lý nào, chúng ta đều có khả năng thiết kế một thí nghiệm nào đó để bác bỏ nó. Hiện nay chúng ta chấp nhận một lý thuyết vật lý nào đó không phải vì nó đã được chứng minh là đúng, mà vì nó chưa bị bất kỳ thí nghiệm nào bác bỏ. Nếu nó bị thực nghiệm chứng minh là sai, thì nó chính là sai; nếu chưa thể chứng minh nó sai, vậy thì cứ tiếp tục sử dụng thôi! Ví dụ như thí nghiệm hai quả cầu sắt của Galileo đã chứng minh lý thuyết của Aristotle là sai lầm.
Sự xuất hiện của vật chất tối phải truy ngược lại lý thuyết của Albert Einstein. Albert Einstein cho rằng hình dạng của vũ trụ phụ thuộc vào khối lượng của nó. Ông cho rằng vũ trụ là hữu hạn và khép kín. Nếu vậy, mật độ trung bình của vật chất trong vũ trụ phải đạt tới 5x10^-30 gam trên mỗi centimet khối. Thế nhưng, mật độ vũ trụ quan sát được cho đến nay lại nhỏ hơn con số này tới 100 lần. Nói cách khác, phần lớn vật chất trong vũ trụ đã "biến mất", các nhà khoa học gọi loại vật chất "biến mất" này là "vật chất tối".
Trong gần một trăm năm sau đó, rất nhiều nhà vật lý và thiên văn học đã tìm thấy bằng chứng về sự tồn tại của vật chất tối thông qua các kênh khác nhau. Năm 1933, nhà thiên văn học người Thụy Sĩ Fritz Zwicky tại Caltech đã phát hiện ra tốc độ của các thiên hà trong một cụm thiên hà lớn hơn dự kiến. Dựa theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, điều này có nghĩa là giữa các thiên hà vẫn còn rất nhiều vật chất chưa được quan sát thấy.
Theo suy đoán của ông, khối lượng của cụm thiên hà lớn gấp 400 lần so với khối lượng suy ra từ các thiên thể phát sáng trong cụm thiên hà đó, và ông là người đầu tiên đưa ra khái niệm "vật chất tối", nhưng quan điểm này vào thời điểm đó không được chú trọng.
Mãi cho đến năm 1970, nữ khoa học gia Vera Rubin và đồng nghiệp của bà là Kent Ford cuối cùng đã tìm thấy bằng chứng thuyết phục. Thông qua nghiên cứu về đường cong quay của các thiên thể trong tinh vân Andromeda, họ đã phát hiện ra một hiện tượng kỳ lạ: theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, nếu khối lượng của một thiên hà tập trung chủ yếu ở lõi, thì tốc độ vận hành của các thiên thể ở vùng ngoại vi thiên hà sẽ giảm dần khi khoảng cách tăng lên. Tuy nhiên, kết quả quan sát được lại cho thấy tốc độ vận hành của các thiên thể ở vùng ngoại vi thiên hà lại hằng định trong một phạm vi rất lớn!
Vì vậy, họ đã rút ra kết luận tương tự như Fritz Zwicky: hoặc là định luật vạn vật hấp dẫn của Newton không chính xác, hoặc là ở các vùng không phải lõi của thiên hà có phân bố rất nhiều vật chất chưa được quan sát thấy. Vì định luật vạn vật hấp dẫn của Newton vẫn chưa bị bác bỏ, nên vật chất tối trở thành lời giải thích duy nhất.
Sau đó, nhiều hiện tượng thiên văn tương tự đã được quan sát thấy, vì vậy lý thuyết về sự tồn tại của vật chất tối được công nhận rộng rãi. Thế nhưng cho đến nay, giới vật lý vẫn chưa thiết lập được một mô hình vật chất tối đáng tin cậy, cũng chưa thực sự tìm thấy vật chất tối.
Sự tồn tại của vật chất tối đặt ra thách thức mới cho lý thuyết vật lý hạt. Trong mô hình chuẩn do Steven Weinberg đề xuất, chỉ có neutrino có khả năng là vật chất tối, nhưng nghiên cứu cho thấy neutrino không thể trở thành thành phần chính của vật chất tối trong vũ trụ. Vì vậy, vật chất tối đòi hỏi phải có một mô hình vật lý mới nằm ngoài mô hình chuẩn.
Các nhà vật lý cũng đã đề xuất nhiều mô hình như mô hình siêu đối xứng tối thiểu, mô hình chiều không gian phụ, mô hình Little Higgs, v.v., nhưng đều chưa thể thu được bằng chứng thực nghiệm xác thực.
Do đặc tính không tham gia vào phản ứng điện từ, vật chất tối rất khó quan sát trực tiếp bằng kính thiên văn thiên văn. Vì vậy, các nhà vật lý đã thiết kế ba phương pháp quan sát khác nhau để khám phá, đó là quan sát bằng máy gia tốc, quan sát gián tiếp và quan sát trực tiếp.
Quan sát bằng máy gia tốc là sử dụng LHC để va chạm các hạt, tạo ra vật chất tối, sau đó dựa vào năng lượng và sự phân bố mà các hạt vật chất tối mang theo để suy đoán tính chất của chúng.
Quan sát gián tiếp là quan sát các hạt ổn định có thể nhìn thấy được sinh ra sau khi hạt vật chất tối phân rã, từ đó suy ngược lại thuộc tính của vật chất tối dựa trên những manh mối này.
Quan sát trực tiếp là xây dựng các phòng quan sát sâu trong lòng đất để che chắn hầu hết các tín hiệu nhiễu từ mặt đất, nhằm phát hiện các tín hiệu sinh ra từ sự tương tác giữa hạt vật chất tối và hạt nhân nguyên tử trong thiết bị dò. Đây cũng là một trong những phương pháp khả thi nhất hiện nay. Nhưng cách này đối với Lữ Khưu Kiến mà nói lại có chút phiền phức.
Để khám phá vật chất tối, bắt buộc phải có các phòng thí nghiệm sâu trong lòng đất. Thế nhưng hiện tại, dù là phòng thí nghiệm khoa học dưới lòng đất sâu 2438 mét tại mỏ vàng Homestake ở Black Hills, South Dakota, Hoa Kỳ, hay là phòng thí nghiệm vật chất tối cực sâu Cẩm Bình ở Trung Quốc, tất cả vẫn chỉ nằm trên bản vẽ. Còn một khoảng thời gian rất dài nữa mới có thể đưa vào sử dụng, anh không có thời gian để chờ đợi hai công trình lớn này hoàn thành. Còn các phòng thí nghiệm dưới lòng đất hiện có như Gran Sasso ở Ý thì không đáp ứng được yêu cầu của anh.
Vì vậy, việc khám phá bằng máy gia tốc LHC trở thành lựa chọn duy nhất của anh hiện tại. Đây cũng là mục đích mà trước đó anh đã dốc toàn lực để phát hiện ra phương pháp phân tích dữ liệu mới và giúp điều chỉnh kế hoạch thí nghiệm.
Thứ nhất, chỉ khi giúp hoàn thành việc khám phá hạt Higgs Boson, LHC mới có thời gian trống để thực hiện các thí nghiệm về vật chất tối. Thứ hai, thông qua đóng góp to lớn trong quá trình phát hiện hạt Higgs Boson, anh đã chứng minh được thực lực của mình, khiến việc thực hiện thí nghiệm phát hiện vật chất tối theo kế hoạch của riêng anh trở nên khả thi.
Tất nhiên, việc lập tức đưa ra phương án thí nghiệm của bản thân và yêu cầu Tiến sĩ Evans triển khai thí nghiệm dựa trên phương án đó vào lúc này vẫn là điều không thực tế. Một là thí nghiệm về hạt Higgs Boson vẫn chưa kết thúc, cần thêm nhiều phát hiện để hạt Higgs Boson đạt tới tiêu chuẩn xác định về mặt thống kê. Hai là Lữ Khưu Kiến cần thiết lập mô hình vật chất tối của riêng mình, như vậy mới có thể phát hiện ra loại hạt vật chất tối mà mình đã dự đoán từ lượng dữ liệu khổng lồ do thí nghiệm va chạm phản hồi lại.
"Giáo sư Schüft, tôi có một bài báo mới muốn nhờ ông xem giúp!" Lữ Khưu Kiến bước vào văn phòng của Giáo sư Schüft, đặt bản thảo luận văn lên bàn ông.
"Ồ? Là bài báo gì vậy? Về hạt Higgs Boson sao?" Giáo sư Schüft lau kính, nhận lấy luận văn của Lữ Khưu Kiến. Trước đó Lữ Khưu Kiến đã làm quá nhiều việc trong quá trình phát hiện hạt Higgs Boson, nếu không cho ra vài bài báo thì cũng hơi lãng phí.
"Bài báo về thực nghiệm sẽ do toàn bộ đội ngũ thực nghiệm hoàn thành! Lần này bài báo của tôi là về vật chất tối! Tôi đã thiết kế một mô hình hạt vật chất tối mới." Lữ Khưu Kiến ngồi trên ghế chờ đợi câu trả lời của vị giáo sư.
"Vật chất tối sao!" Giáo sư Schüft lẩm bẩm rồi mở luận văn ra.