Venäjän tiedeakatemian ydintutkimusinstituutin tutkijat ovat laatineet uuden fysikaalisen mallin, jonka avulla voit luoda tutkimukselle tarvittavan määrän tummaa ainetta neutriinoista. Työ toteutettiin osana venäläisen tiedesäätiön avustuksella tukemaa hanketta, ja sen tulokset julkaistiin Journal of Cosmology and Astroparticle Physics -julkaisussa (JCAP) ja esiteltiin kuudennessa kansainvälisessä fysiikan uusien rajojen konferenssissa.
Tumma aine on 25% maailmankaikkeuden kokonaisaineesta, se ei säteile sähkömagneettista säteilyä eikä ole suoraan vuorovaikutuksessa sen kanssa. Tumman aineen luonteesta ei tiedetä mitään varmaa, paitsi että se voi rypistyä - tiivistyä. Pimeän aineen kuvaamiseksi astrofysiikit laajentavat hiukkasfysiikan standardimallia, joka on vakiintunut teoreettisen fysiikan teoria, joka kuvaa sähkömagneettista, heikkoa ja vahvaa vuorovaikutusta. Nykyään tutkijat ovat tulleet siihen tulokseen, että tämä malli ei kuvaa täysin todellisuutta, koska siinä ei oteta huomioon neutriinoheilahteluita - erityyppisten neutriinojen muutosta toisiinsa.
Neutriinot ovat perushiukkasia, joilla ei ole sähkövarausta (neutraali). Neutrinot osallistuvat vain heikkoon ja gravitaatioon perustuvaan vuorovaikutukseen, koska niiden vuorovaikutuksen intensiteetti mille tahansa on hyvin matala. Neutrinot ovat "vasen" ja "oikea". Steriilejä neutriinoja kutsutaan "oikeiksi", toisin kuin muut, niitä ei ole vakiomallissa ja ne eivät ole vuorovaikutuksessa hiukkasten kanssa - luonnon perustavanlaatuisen vuorovaikutuksen kantajien kanssa (mittaribosonit). Tässä tapauksessa steriilejä neutriinoja sekoitetaan aktiivisten neutriinojen kanssa, jotka ovat "vasemman käden" hiukkasia ja jotka ovat läsnä vakiomallissa. Aktiivisiin neutriinoihin sisältyy kaiken tyyppisiä neutriinoja, paitsi steriilejä.
Neutrinodetektori, sisäkuva / Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeleyn kansallinen laboratorio
Tutkijat ovat tutkineet röntgensäteiden spektrin linjan, joka on äskettäin löydetty säteilystä useista galaksiklusterista. Tämä linja vastaa fotoneja, joiden energia on 3,55 keV. Yleensä tämä tarkoittaisi, että nämä atomit emittoivat näitä fotoneja elektronin siirtymisen vuoksi yhdeltä tasolta toiselle. Aineita, joiden välinen ero on 3,55 keV, ei kuitenkaan ole luonnossa. Tutkijat ovat ehdottaneet, että tämä röntgenviiva saattaa esiintyä steriilin neutriinojen hajoamisen jälkeen fotoniksi ja aktiiviseksi neutriinoksi. Joten tekijät päättivät, että steriilin neutriinon massa oli noin 7,1 keV. Vertailun vuoksi protonin massa on 938 272 keV.
Asennus "Troitsk Nu-Mass" / Ydintutkimusinstituutti RAS
Steriilit neutriinot voidaan havaita maanpäällisissä laboratorioissa, kuten Troitsk Nu-Mass ja KATRIN. Nämä asennukset on tarkoitettu etsimään steriilejä neutriinoja tritiumin (vety 3H "raskas" isotooppi) radioaktiivisen hajoamisen avulla. Troitskin Nu-Mass -tehtaalla, joka sijaitsee Troitskin kaupungissa, Moskovan alueella, saatiin vahvimmat rajoitukset neliön sekoituskulmaan. Sekoituskulma on mitaton määrä, joka kuvaa neutriinon siirtymisen amplitudia tilasta toiseen. Mitattu määrä on tämän kulman neliö, koska se määrittää siirtymisen todennäköisyyden yhdessä vuorovaikutuksessa.
”Tämä artikkeli ehdottaa mallia, jossa värähtelyt, s.o steriilien neutriinojen synty, alkavat ei maailmankaikkeuden evoluution varhaisvaiheissa, vaan paljon myöhemmin. Tämä johtaa siihen, että vähemmän steriilejä neutriinoja tuotetaan, mikä tarkoittaa, että sekoituskulma voi olla suurempi. Tämä saavutetaan muutoksilla piilossa. Mallin piilotettu sektori koostuu steriileistä neutriinoista ja skalaarikentästä. Skaalaarikenttä vastaa sektorirakenteen laadullisesta muutoksesta (vaihesiirto). Steriili neutriinotuotanto on mahdollista vasta tämän vaiheensiirron jälkeen. Siksi mallissamme syntyy vähemmän steriilejä neutriinoja, jotka antavat meille mahdollisuuden tuottaa tarvittava määrä tummaa ainetta steriileistä neutriinoista, joiden massa on kiloelektrontivoltteja, ja sekoituskulman suuri neliö on 10-3 , kertoo artikkelin yksi kirjoittajat Anton Chudaykin. Tutkimusassistentti ydintutkimusinstituutissa, Venäjän tiedeakatemia.
Mainosvideo:
Kuten tutkijat huomauttavat, kosmologian kannalta on mielenkiintoista mahdollisuus tuottaa tarvittava määrä tummaa ainetta tietyn massan neutriinoista.
Syövän tähdistö Subarun kaukoputkesta. Muotoviivat osoittavat tumman aineen jakautumisen / Japanin kansallinen tähtitieteellinen observatorio ja Hyper Suprime-Cam-projekti
Tosiasia, että aikaisemmin kylmä pimeä aine, joka koostui kokonaan raskaista ja passiivisista hiukkasista, jotka eivät millään tavalla estä kääpiögalaktioiden muodostumista, kuvailivat hyvin koko kokeellisen tiedon. Kokeen parantuessa kävi ilmi, että itse asiassa sellaisia galakseja on vähemmän kuin odotettiin. Tämä tarkoittaa, että tumma aine, todennäköisesti, ei ole kaikkea kylmää, se sisältää sekoituksia lämpimästä tummasta aineesta, joka koostuu nopeammista ja kevyemmistä hiukkasista. Osoittautuu, että teoria ja tutkimustulokset eroavat toisistaan, ja tutkijoiden piti selittää miksi näin tapahtui. He päättelivät, että tumma aine sisältää pienen osan kevyistä steriileistä neutriinoista, mikä selittää kääpiösatelliittigalaksejen pulan.
Sekoita kulma-neliön parametritilan rajoitukset - `'steriilin neutriinon massa' ' ehdotetussa mallissa (väri edustaa steriilien neutriinojen osuutta tumman aineen kokonaisenergiatiheydestä) ja suorista hauista (vihreät viivat). / Anton Chudaykin
Vaaleat steriilit neutriinot eivät kuitenkaan pysty muodostamaan kaikkea tummaa ainetta. Tämän alan viimeisimmän tutkimuksen mukaan valokomponentin osuus pimeän aineen kokonaistiheydestä ei nykyään saisi ylittää 35%.
"Mistä tahansa näistä laitoksista tulevaisuudessa tuleva positiivinen signaali voi olla perusteena ehdotetulle mallille, joka johtaa kvalitatiivisesti uuteen ymmärrykseen maailmankaikkeuden tumman aineen hiukkasten luonteesta", tutkija totesi.
Työ tehtiin yhteistyössä Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutin ja Manchesterin (Iso-Britannia) yliopiston tutkijoiden kanssa.