TIA VŨ TRỤ CẢM NHẬN ĐƯỢC THỦY TRIỀU

Khi tia vũ trụ từ không gian va vào khí quyển, chúng tạo ra những hạt gọi là muon, đổ xuống mặt đất như mưa. Muon đủ bền bỉ để xuyên qua những lớp đá hay nước dày. Bền bỉ, nhưng không bất khả chiến bại: chúng phải đi qua càng nhiều vật chất thì càng ít hạt đến được nơi. Đếm số muon đến được bên dưới một ngọn núi, một kim tự tháp hay một ngọn núi lửa, ta có thể suy ra khối lượng nằm phía trên mình là bao nhiêu. Đó là chụp ảnh muon (muography).

Theo dõi một vật thể lớn đứng yên là một chuyện. Theo dõi một khối lượng chỉ thay đổi vài mét, từng giờ một, đòi hỏi độ chính xác cao hơn nhiều — và dòng muon còn dao động theo nhiệt độ và áp suất không khí. Một nhóm từ Đại học Chung-Ang ở Seoul đã tìm ra một phép thử lý tưởng: chính biển cả.

Một đường hầm dưới thủy triều

Đường hầm dưới biển Boryeong, ở Hàn Quốc, chạy dài 6,9 kilômét bên dưới vùng biển ngoài khơi bờ tây bán đảo Triều Tiên. Thủy triều ở đó lên xuống khoảng 4 mét. Tại một điểm dọc đường hầm, trạm 5593, lớp đá phía trên mỏng nhất — 26 mét — và nước biển sâu nhất, 33,8 mét. Đó là nơi nhóm đặt máy dò của mình.

Máy dò rất đơn giản: hai tấm nhựa, kích thước một mét nhân nửa mét, xếp chồng cách nhau 42 xentimét. Một muon đi qua cả hai tấm để lại một chớp sáng trong mỗi tấm. Máy dò chạy không ngừng trong 31,6 ngày, từ 11 tháng 8 đến 12 tháng 9 năm 2025, và ghi nhận khoảng 1,9 triệu muon — chừng 2.500 hạt mỗi giờ.

Số đếm đi theo biển

Số muon đếm được mỗi giờ tăng giảm nhịp nhàng với thủy triều, như hình ảnh phản chiếu của mực nước biển: nước lớn, ít muon hơn; nước ròng, nhiều hơn. Tương quan với trạm đo triều chính thức, cách đó 6,6 kilômét, là mạnh (r = −0,85).

• Mỗi mét nước biển tăng thêm phía trên máy dò làm số muon giảm 1,72 phần trăm. Một mô phỏng máy tính của đường hầm dự đoán 1,89 phần trăm mỗi mét, gần với số đo.
• Nhịp điệu chủ đạo lặp lại khoảng mỗi 12 tiếng rưỡi — con triều chính do Mặt Trăng chi phối. Chu kỳ hai tuần giữa triều cường và triều kém cũng hiện ra.
• Trong đợt triều mạnh nhất tháng, số đếm vọt lên gần 9 phần trăm trên mức trung bình: khoảng 5 mét nước ít hơn phía trên, trong vài giờ.
• Thêm áp suất và nhiệt độ không khí vào mô hình không thay đổi gì đo được. Tín hiệu đến từ nước.

Nhóm cũng mang cùng chiếc máy dò di động đó đi dọc toàn bộ đường hầm, mười lần. Số muon giảm dưới đoạn giữa sâu nhất và hồi phục dần về phía hai cửa hầm. Một mô hình chỉ có đá không tái tạo được hình dạng đó; phải tính đến nước biển.

Sớm bảy phút

Một chi tiết khiến phân tích bất ngờ: máy dò ghi nhận mỗi đợt triều sớm hơn khoảng 7 phút so với trạm đo triều Boryeong (độ lệch 2,6 sigma). So với sáu trạm đo dọc bờ biển, độ trễ này thay đổi theo vĩ độ. Trải trên 6,6 kilômét, nó tương ứng với một con triều di chuyển với tốc độ khoảng 16 mét mỗi giây, điều mà các tác giả thấy phù hợp với thủy triều lan truyền qua vùng nước ven bờ nông.

Cân thay vì đo

Một trạm đo triều ghi lại độ cao của nước tại một điểm. Muon làm một việc khác: chúng cân toàn bộ cột vật chất phía trên máy dò. Các tác giả đề xuất bước tiếp theo — tái dựng hướng đi của từng muon để phân biệt sự thay đổi của tổng khối lượng với sự thay đổi vị trí của khối lượng đó. Ngoài thủy triều, bất kỳ hệ tự nhiên nào có tải trọng dịch chuyển theo thời gian cũng có thể được theo dõi theo cùng cách, từ bên dưới, mà không cần chạm vào nó.