Forskere fra Institut for Nuklear Forskning fra Det Russiske Videnskabelige Akademi har formuleret en ny fysisk model, der giver dig mulighed for at skabe den mængde mørkt stof, der er nødvendigt for forskning fra neutrinoer. Arbejdet blev udført som en del af et projekt støttet af et tilskud fra Russian Science Foundation, og dets resultater blev offentliggjort i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) og præsenteret på den 6. internationale konference om nye grænser i fysik.
Mørkt stof udgør 25% af det samlede stof i universet, udsender ikke elektromagnetisk stråling og interagerer ikke direkte med det. Intet er kendt med sikkerhed om arten af mørkt stof, bortset fra at det kan klynge - samle sig i kondensationer. For at beskrive mørkt stof udvider astrofysikere standardmodellen for partikelfysik, en etableret teori i teoretisk fysik, der beskriver de elektromagnetiske, svage og stærke interaktioner. I dag er forskere kommet til den konklusion, at denne model ikke fuldt ud beskriver virkeligheden, fordi den ikke tager højde for neutrino-svingninger - omdannelsen af forskellige typer neutrinoer til hinanden.
Neutrino er grundlæggende partikler, der ikke har nogen elektrisk ladning (neutral). Neutrinoer deltager kun i svage og gravitationsinteraktioner, fordi intensiteten af deres interaktion med noget er meget lav. Neutrinoer er "venstre" og "højre". Sterile neutrinoer kaldes "rigtige", de er i modsætning til andre ikke indeholdt i standardmodellen og interagerer ikke med partikler - bærere af grundlæggende interaktioner af naturen (gauge bosons). I dette tilfælde blandes sterile neutrinoer med aktive neutrinoer, som er "venstrehåndede" partikler og er til stede i standardmodellen. Aktive neutrinoer inkluderer alle typer neutrinoer undtagen sterile.
Neutrino-detektor, indvendig udsigt / Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory
Forskere har undersøgt røntgenstrålens spektrale linje, der for nylig blev opdaget i stråling fra et antal galakseholdere. Denne linje svarer til fotoner med en energi på 3,55 keV. Normalt vil dette betyde, at disse atomer udsender disse fotoner på grund af overgangen af et elektron fra et niveau til et andet, men stoffer med en forskel mellem niveauerne på 3,55 keV eksisterer ikke i naturen. Forskere har antydet, at denne røntgenlinje kunne vises på grund af henfaldet af en steril neutrino til en foton og en aktiv neutrino. Så forfatterne bestemte, at massen af den sterile neutrino var ca. 7,1 keV. Til sammenligning er massen af en proton 938 272 keV.
Installation & quot; Troitsk Nu-Mass & quot; / Institute for Nuclear Research RAS
Sterile neutrinoer kan påvises i jordbaserede laboratorier som Troitsk Nu-Mass og KATRIN. Disse installationer er rettet mod at søge efter sterile neutrinoer ved hjælp af det radioaktive henfald af tritium (den "tunge" isotop af brint 3H). På Troitsk Nu-Mass-anlægget, der ligger i byen Troitsk, Moskva-regionen, opnåedes de stærkeste begrænsninger for den kvadratiske blandevinkel. Blandevinklen er en dimensionløs mængde, der karakteriserer amplituden af neutrinoovergangen fra en tilstand til en anden. Den målte mængde er kvadratet for denne vinkel, da den bestemmer sandsynligheden for overgang i en enkelt handling af interaktion.
”Dette papir foreslår en model, hvor svingninger, dvs. fødselen af sterile neutrinoer, ikke begynder på de tidlige stadier af universets udvikling, men meget senere. Dette fører til det faktum, at der produceres færre sterile neutrinoer, hvilket betyder, at blandevinklen kan være større. Dette opnås gennem ændringer i den skjulte sektor. Modelens skjulte sektor består af sterile neutrinoer og et skalar felt. Det skalære felt er ansvarligt for den kvalitative ændring (faseovergang) af sektorstrukturen. Steril neutrino-produktion er kun mulig efter denne faseovergang. Derfor fødes der mindre sterile neutrinoer i vores model, som giver os mulighed for at fremstille den krævede mængde mørkt stof fra sterile neutrinoer med en masse i størrelsesordenen kiloelektronvolt med en stor firkant af blandevinklen op til 10-3,”sagde en af forfatterne til artiklen, Anton Chudaykin. Forskningsassistent ved Institut for Nuklear Forskning, Russian Academy of Sciences.
Salgsfremmende video:
Som forskerne bemærker, er selve muligheden for at fremstille den krævede mængde mørkt stof fra neutrinoer af en bestemt masse af interesse set fra kosmologiens synspunkt.
Konstellationen af kræft fra Subaru-teleskopet. Konturlinjer viser fordelingen af mørkt stof / National Astronomical Observatory of Japan og Hyper Suprime-Cam Project
Faktum er, at tidligere koldt mørkt stof, der fuldstændigt består af tunge og inaktive partikler, som ikke forhindrer dannelse af dværg galakser på nogen måde, godt beskrevet hele sættet med eksperimentelle data. Med forbedringen af eksperimentet viste det sig, at der faktisk er færre sådanne galakser end forventet. Dette betyder, at mørkt stof sandsynligvis ikke er koldt, det indeholder blandinger af varmt mørkt stof, der består af hurtigere og lysere partikler. Det viser sig, at teorien og forskningsresultaterne divergerede, og forskere havde brug for at forklare, hvorfor dette skete. De konkluderede, at mørkt stof indeholder en lille brøkdel af lette sterile neutrinoer, hvilket forklarer manglen på dværgssatellitsgalakser.
Blend vinkel-kvadratparametre begrænsninger - “ masse steril neutrino ” i den foreslåede model (farven repræsenterer andelen af sterile neutrinoer i den totale energitetthed af mørkt stof) og fra direkte søgninger (grønne linjer). / Anton Chudaykin
Lette sterile neutrinoer kan dog ikke udgøre al mørk stof. Den seneste undersøgelse på dette område siger, at andelen af den lyse komponent i den totale massefylde af mørkt stof i dag ikke bør overstige 35%.
"Et positivt signal, der modtages i fremtiden fra nogen af disse installationer, kan være et argument til fordel for den foreslåede model, hvilket vil føre til en kvalitativ ny forståelse af arten af mørke stofpartikler i universet," konkluderede videnskabsmanden.
Arbejdet blev udført i samarbejde med forskere fra Moskva Institut for Fysik og Teknologi og University of Manchester (Storbritannien).
