Мы полны нейтрино все время. Они повсюду, почти не обнаруживаются, пролетают через обычную материю. Мы почти ничего о них не знаем - даже не такие тяжелые. Но мы знаем, что нейтрино могут изменить форму всей вселенной. И поскольку они обладают этой силой, мы можем использовать форму вселенной, чтобы взвесить их - как это сделала команда физиков.
Из-за физики поведение мельчайших частиц изменяет поведение целых галактик и других гигантских небесных структур. И если вы хотите описать поведение вселенной, вы должны принять во внимание свойства ее мельчайших компонентов. В новой статье, которая будет опубликована в следующем номере журнала Physical Review Letters, исследователи использовали этот факт для обратного расчета массы самого легкого нейтрино (существует три массы нейтрино) из точных измерений крупномасштабной структуры. Вселенной.
Они взяли данные о перемещениях примерно 1,1 миллиона галактик из спектроскопического исследования колебаний барионов, взбудоражили его другой космологической информацией и результатами гораздо меньших нейтринных экспериментов на Земле и загрузили всю эту информацию в суперкомпьютер.
«Мы использовали более полумиллиона вычислительных часов для обработки данных», - говорится в заявлении соавтора исследования Андрея Кучеу, докторанта по астрофизике в Университетском колледже Лондона. «Это эквивалентно почти 60 годам на одном процессоре. Этот проект раздвинул границы для анализа больших данных в космологии».
Результат не дал фиксированного числа для массы самого легкого типа нейтрино, но он сузил его: масса этого вида нейтрино не превышает 0,086 электрон-вольт (эВ), или примерно в шесть миллионов раз меньше, чем масса одного электрона.
Это число устанавливает верхнюю границу, но не нижнюю границу, для массы самого легкого вида нейтрино. Возможно, что в нем вообще нет массы, писали авторы статьи.
Физики знают, что по крайней мере два из трех видов нейтрино должны иметь некоторую массу, и что между их массами существует связь. (Эта статья также устанавливает верхнюю границу для объединенной массы всех трех ароматов: 0,26 эВ.)
Забавно, что три массовых вида нейтрино не совпадают с тремя разновидностями нейтрино: электроном, мюоном и тау. Согласно Fermilab, каждый аромат нейтрино состоит из квантовой смеси трех массовых видов. Таким образом, у определенного тау-нейтрино есть немного массовых видов 1, немного видов 2 и немного видов 3. Эти разные массовые виды позволяют нейтрино прыгать туда-сюда между ароматами, как открытие 1998 года (которое выиграло Нобелевскую премию по физике) показал.
Физики никогда не смогут точно определить массы трех видов нейтрино, но они могут продолжать приближаться. Авторы пишут, что масса будет сужаться по мере улучшения экспериментов на Земле и измерений в космосе. И чем лучше физики смогут измерить эти крошечные, вездесущие компоненты нашей вселенной, тем лучше физика сможет объяснить, как все это сочетается.
