Venemaa Teaduste Akadeemia tuumauuringute instituudi teadlased on formuleerinud uue füüsikalise mudeli, mis võimaldab teil neutriinodest luua teadusuuringuteks vajaliku tumeaine koguse. Töö viidi läbi Vene Teadusfondi toetusel toetatud projekti raames ning selle tulemused avaldati ajakirjas Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) ja neid tutvustati 6. rahvusvahelisel füüsika uute piiride konverentsil.
Tume aine moodustab 25% kogu universumis olevast ainest, ei eralda elektromagnetilist kiirgust ega mõjuta seda otseselt. Tumeda aine olemuse kohta pole midagi kindlat teada, välja arvatud see, et see võib koguneda - kondenseeruda. Tumeda aine kirjeldamiseks laiendavad astrofüüsikud osakestefüüsika standardset mudelit, mis on teoreetilises füüsikas väljakujunenud teooria, mis kirjeldab elektromagnetilist, nõrka ja tugevat vastasmõju. Täna on teadlased jõudnud järeldusele, et see mudel ei kirjelda tegelikkust täielikult, kuna see ei võta arvesse neutriino võnkumisi - eri tüüpi neutriinode teisenemist üksteiseks.
Neutrinod on põhiosakesed, millel puudub elektrilaeng (neutraalne). Neutrínod osalevad ainult nõrkades ja gravitatsioonilistes interaktsioonides, kuna nende interaktsioon intensiivsusega kõigest on väga madal. Neutrinos on "vasak" ja "parem". Steriilseid neutriinoid nimetatakse "õigeteks", erinevalt teistest neid standardmudel ei sisalda ega interakteeru osakestega - looduse fundamentaalse interaktsiooni kanduritega (gabariidibosoonid). Sel juhul segatakse steriilsed neutriinod aktiivsete neutriinodega, mis on "vasakukäelised" osakesed ja esinevad standardses mudelis. Aktiivsed neutriinod hõlmavad igat tüüpi neutriinoid, välja arvatud steriilsed.
Neutrinodetektor, sisevaade / Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley riiklik laboratoorium
Teadlased on uurinud röntgenkiirte spektrijoont, mis on hiljuti avastatud mitme galaktikaparve kiirgusest. See joon vastab footonitele energiaga 3,55 keV. Tavaliselt tähendaks see, et need aatomid eraldavad neid footoneid elektronide ülemineku tõttu ühelt tasemelt teisele, kuid looduses ei eksisteeri aineid, mille taseme erinevus oleks 3,55 keV. Teadlased on arvanud, et see röntgenikiirgus võib ilmneda steriilse neutriino lagunemise tõttu footoniks ja aktiivseks neutriinoks. Nii leidsid autorid, et steriilse neutriino mass oli umbes 7,1 keV. Võrdluseks - prootoni mass on 938 272 keV.
Paigaldamine "Troitsk Nu-Mass" / Tuumauuringute instituut RAS
Steriilseid neutriinoid saab tuvastada maapealsetes laborites, näiteks Troitsk Nu-Mass ja KATRIN. Nende installatsioonide eesmärk on steriilsete neutriinode otsimine triitiumi (vesiniku 3H "raske" isotoobi) radioaktiivse lagunemise abil. Troitski Nu-Massi tehases, mis asub Troitski linnas, Moskva oblastis, saadi ruutu segunurga suhtes kõige tugevamad piirangud. Segamisnurk on mõõtmeteta suurus, mis iseloomustab neutriino ülemineku amplituudi ühest olekust teise. Mõõdetud suurus on selle nurga ruut, kuna see määrab ülemineku tõenäosuse ühe interaktsiooni käigus.
„Selles artiklis pakutakse välja mudel, milles võnkumised, see tähendab steriilsete neutriinode sünd, ei alga mitte Universumi evolutsiooni varases staadiumis, vaid palju hiljem. See viib asjaolu, et toodetakse vähem steriilseid neutriinoid, mis tähendab, et segamisnurk võib olla suurem. See saavutatakse muutustega varjatud sektoris. Mudeli varjatud sektor koosneb steriilsetest neutrinodest ja skalaarväljast. Skalaarväli vastutab sektori struktuuri kvalitatiivse muutuse (faasisiire) eest. Steriilne neutriino tootmine on võimalik alles pärast seda faasisiiret. Seetõttu sünnib meie mudelis vähem steriilseid neutriinoid, mis võimaldab meil toota vajalikus koguses tumedat ainet steriilsetest neutrinodest, mille mass on suurusjärgus kiloelektronvoldid ja mille segamisnurga ruut on suur kuni 10-3, rääkis artikli üks autoritest Anton Tšudaykin. Venemaa Teaduste Akadeemia tuumauuringute instituudi teadusuuringute assistent.
Reklaamvideo:
Nagu teadlased märgivad, on kosmoloogia seisukohast huvipakkuv just võimalus toota vajalik mass tumedat ainet teatud massiga neutriinodest.
Vähi tähtkuju Subaru teleskoobist. Kontuurjooned tähistavad tumeda aine jaotust / Jaapani Riiklik Astronoomiline Vaatluskeskus ja Hyper Suprime-Cam'i projekt
Fakt on see, et varem külm tumeaine, mis koosnes täielikult rasketest ja mitteaktiivsetest osakestest, mis ei takista kääbusgalaktikate teket mingil moel, kirjeldas hästi kogu katseandmete komplekti. Katse täiustamisel selgus, et tegelikult on selliseid galaktikaid vähem, kui arvatakse. See tähendab, et kõige tõenäolisemalt pole tumeaine kõik külm, see sisaldab sooja tumeda aine lisandeid, mis koosnevad kiirematest ja kergematest osakestest. Selgub, et teooria ja uurimistulemused erinesid ning teadlastel oli vaja selgitada, miks see juhtus. Nad jõudsid järeldusele, et tumeaine sisaldab väikest murdosa steriilsest neutriinost, mis selgitab kääbus-satelliitgalaktika galaktikate puudust.
Sega nurga ruudu parameetri ruumi piirangud - "steriilse neutriino mass" pakutud mudelis (värv tähistab steriilsete neutriinode osakaalu tumeda aine kogu energiatiheduses) ja otsestest otsingutest (rohelised jooned). / Anton Tšudaykin
Kerged steriilsed neutriinod ei saa siiski moodustada kogu tumedat ainet. Selle valdkonna uusimad uuringud väidavad, et valguse komponendi osakaal tumeaine kogu tiheduses ei tohiks tänapäeval ületada 35%.
„Nendest installatsioonidest tulevikus saadav positiivne signaal võib olla argument kavandatud mudeli kasuks, mis annab kvalitatiivselt uue arusaama universumi tumeaineosakeste olemusest,“lõpetas teadlane.
Töö viidi läbi koostöös Moskva füüsika- ja tehnoloogiainstituudi ning Manchesteri ülikooli (Suurbritannia) teadlastega.
