Vědci z Ústavu pro jaderný výzkum Ruské akademie věd vytvořili nový fyzický model, který vám umožní vytvořit množství temné hmoty potřebné pro výzkum z neutrin. Práce byla provedena v rámci projektu podporovaného grantem Ruské vědecké nadace a její výsledky byly zveřejněny v časopise Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) a představeny na 6. mezinárodní konferenci o nových hranicích ve fyzice.
Temná hmota tvoří 25% celkové hmoty ve vesmíru, nevyzařuje elektromagnetické záření a s ní přímo neinteraguje. O povaze temné hmoty není nic známo, kromě toho, že se může zhlukovat - shromažďovat se v kondenzaci. Pro popis temné hmoty rozšiřují astrofyzici standardní model částicové fyziky, zavedenou teorii teoretické fyziky, která popisuje elektromagnetické, slabé a silné interakce. Vědci dnes dospěli k závěru, že tento model plně nepopisuje realitu, protože nezohledňuje oscilace neutrin - transformaci různých typů neutrin na sebe.
Neutrina jsou základní částice, které nemají elektrický náboj (neutrální). Neutrina se účastní pouze slabých a gravitačních interakcí, protože intenzita jejich interakce s čímkoli je velmi nízká. Neutrina jsou „vlevo“a „vpravo“. Sterilní neutrina se nazývají „správná“, na rozdíl od ostatních nejsou ve standardním modelu obsažena a neinteragují s částicemi - nosiči základních interakcí přírody (kalibrační bosony). V tomto případě se sterilní neutrina smísí s aktivními neutriny, což jsou částice „vlevo“a jsou přítomny ve standardním modelu. Mezi aktivní neutrina patří všechny typy neutrin, s výjimkou sterilních.
Neutrinový detektor, vnitřní pohled / Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory
Vědci studovali rentgenovou spektrální linii, která byla nedávno objevena v radiaci z řady galaxií. Tato čára odpovídá fotonům s energií 3,55 keV. Obvykle by to znamenalo, že tyto atomy emitují tyto fotony v důsledku přechodu elektronu z jedné úrovně na druhou, avšak látky s rozdílem přechodu mezi hladinami 3,55 keV v přírodě neexistují. Vědci navrhli, že tato rentgenová linie by se mohla objevit v důsledku rozpadu sterilního neutrina na foton a aktivní neutrino. Autoři tedy stanovili, že hmotnost sterilního neutrina byla přibližně 7,1 keV. Pro srovnání, hmotnost protonu je 938 272 keV.
Instalace "Troitsk Nu-Mass" Ústav jaderného výzkumu
Sterilní neutrina lze detekovat v pozemních laboratořích, jako jsou Troitsk Nu-Mass a KATRIN. Tato zařízení jsou zaměřena na hledání sterilních neutrin pomocí radioaktivního rozpadu tritia („těžký“izotop vodíku 3H). V závodě Troitsk Nu-Mass, který se nachází ve městě Troitsk v moskevském regionu, byla získána nejsilnější omezení úhlu mísení na druhou. Úhel míchání je bezrozměrná veličina, která charakterizuje amplitudu neutrino přechodu z jednoho stavu do druhého. Měřená veličina je druhou mocninou tohoto úhlu, protože určuje pravděpodobnost přechodu v jediném interakčním aktu.
„Tento dokument navrhuje model, ve kterém kmity, tj. Narození sterilních neutrin, nezačínají v raných stádiích vývoje vesmíru, ale mnohem později. To vede ke skutečnosti, že se produkuje méně sterilních neutrin, což znamená, že smíšený úhel může být větší. Toho je dosaženo změnami ve skrytém sektoru. Skrytý sektor modelu se skládá ze sterilních neutrin a skalárního pole. Skalární pole je zodpovědné za kvalitativní změnu (fázový přechod) struktury sektoru. Sterilní produkce neutrin je možná až po tomto fázovém přechodu. Proto se v našem modelu rodí méně sterilní neutrina, což nám umožňuje vyrábět požadované množství temné hmoty ze sterilních neutrin s hmotností řádově kiloelektronvoltů s velkým čtvercem směšovacího úhlu do 10-3, “řekl jeden z autorů článku Anton Chudaykin. Výzkumný asistent v Ústavu pro jaderný výzkum, Ruská akademie věd.
Propagační video:
Jak vědci poznamenávají, samotná možnost produkovat požadované množství temné hmoty z neutrinů určité hmoty je zajímavá z hlediska kosmologie.
Souhvězdí rakoviny z dalekohledu Subaru. Obrysové čáry označují distribuci temné hmoty / Národní astronomická observatoř Japonska a projekt Hyper Suprime-Cam
Skutečnost je taková, že dříve studená temná hmota, která se úplně skládala z těžkých a neaktivních částic, které žádným způsobem nezabrání tvorbě trpaslicových galaxií, dobře popsala celou sadu experimentálních dat. Se zlepšením experimentu se ukázalo, že ve skutečnosti existuje méně takových galaxií, než se očekávalo. To znamená, že temná hmota není s největší pravděpodobností celá zima, obsahuje příměsi teplé temné hmoty, která se skládá z rychlejších a lehčích částic. Ukazuje se, že výsledky teorie a výzkumu se lišily a vědci potřebovali vysvětlit, proč k tomu došlo. Došli k závěru, že temná hmota obsahuje malý zlomek světelných sterilních neutrin, což vysvětluje nedostatek trpasličích satelitních galaxií.
Omezení prostoru na druhou stranu parametru - “ hmotnost sterilního neutrina ” v navrhovaném modelu (barva představuje podíl sterilních neutrin na celkové energetické hustotě temné hmoty) a přímých vyhledávání (zelené čáry). / Anton Chudaykin
Lehká sterilní neutrina však nemohou tvořit veškerou temnou hmotu. Nejnovější výzkum v této oblasti říká, že podíl světelné složky na celkové hustotě temné hmoty by dnes neměl přesáhnout 35%.
„Pozitivní signál, který v budoucnu přijme od kterékoli z těchto zařízení, může být argumentem ve prospěch navrhovaného modelu, který povede ke kvalitativnímu novému pochopení povahy částic temné hmoty ve vesmíru,“uzavřel vědec.
Práce byla provedena ve spolupráci s vědci z Moskevského institutu fyziky a technologie a University of Manchester (Velká Británie).
