Az Orosz Tudományos Akadémia Nukleáris Kutatóintézetének tudósai új fizikai modellt fogalmaztak meg, amely lehetővé teszi a neutrínókból a kutatáshoz szükséges sötét anyag mennyiségének megteremtését. A munkát egy, az Orosz Tudományos Alapítvány támogatásával támogatott projekt keretében hajtották végre, amelynek eredményeit közzétették a Kozmológia és Asztrológiai Fizika (JCAP) folyóiratban, és bemutatták a fizika új határainak 6. nemzetközi konferenciáján.
A sötét anyag az univerzum teljes anyagának 25% -át teszi ki, nem bocsát ki elektromágneses sugárzást és közvetlenül nem kölcsönhatásba lép vele. A sötét anyag természetéről semmi nem ismeretes, kivéve azt, hogy csoportosulhat - kondenzátumgá alakulhat. A sötét anyag leírására az asztrofizikusok kiterjesztik a részecskefizika standard modelljét, amely az elméleti fizikában megalapozott elmélet, amely leírja az elektromágneses, gyenge és erős kölcsönhatásokat. Ma a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy ez a modell nem írja le teljes mértékben a valóságot, mivel nem veszi figyelembe a neutrinó rezgéseket - a különféle típusú neutrinók egymásba történő átalakulását.
A neutrinok olyan alapvető részecskék, amelyeknek nincs elektromos töltése (semleges). A neutrinók csak a gyenge és a gravitációs kölcsönhatásokban vesznek részt, mert bármi mással való kölcsönhatásuk intenzitása nagyon alacsony. A neutrinek "bal" és "jobb". A steril neutrínókat "helyesnek" nevezzük, másoktól eltérően, nem szerepelnek a standard modellben, és nem lépnek kölcsönhatásba a természet alapvető kölcsönhatásainak hordozóival (részecskékkel) rendelkező részecskékkel. Ebben az esetben a steril neutrinókat összekeverik aktív neutronokkal, amelyek "balkezes" részecskék és jelen vannak a standard modellben. Az aktív neutrinók magukba foglalják a neutrínók minden típusát, a steril kivételével.
Neutrinodetektor, belső nézet / Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium
A tudósok megvizsgálták a röntgen spektrumvonalat, amelyet nemrégiben fedeztek fel számos galaxisfürt sugárzásában. Ez a vonal a 3,55 keV energiájú fotonoknak felel meg. Általában ez azt jelentené, hogy ezek az atomok ezeket a fotonokat bocsátják ki egy elektron egyik szintről a másikra való átmenetele miatt, azonban a természetben nem léteznek olyan anyagok, amelyek 3,55 keV-szint közötti különbséggel rendelkeznek. A tudósok azt sugallták, hogy ez a röntgenvonala megjelenhet, ha a steril neutrinó fotonná és aktív neutrínóvá bomlik. Így a szerzők megállapították, hogy a steril neutrinó tömege körülbelül 7,1 keV. Összehasonlításképpen: egy proton tömege 938 272 keV.
Telepítés "Troitsk Nu-Mass" / Nukleáris Kutatóintézet RAS
Steril neutrinókat kimutathatunk olyan földi laboratóriumokban, mint a Troitsk Nu-Mass és a KATRIN. Ezeknek a létesítményeknek a célja a steril neutrínók keresése a trícium (a hidrogén 3H "nehéz" izotópja) radioaktív bomlása alapján. A moszkvai régió Troitsk városában található Troitsk Nu-Mass üzemben a négyzet alakú keverési szög legszigorúbb korlátozásait sikerült elérni. A keverési szög egy olyan méret nélküli mennyiség, amely jellemzi az egyik állapotból a másikba történő neutrino átmenet amplitúdóját. A mért mennyiség e szög négyzete, mivel egyetlen interakció során meghatározza az átmenet valószínűségét.
„Ez a cikk olyan modellt javasol, amelyben az oszcillációk, azaz a steril neutrinók megszületése nem az Univerzum fejlődésének korai szakaszában, hanem sokkal később kezdődnek. Ez ahhoz a tényhez vezet, hogy kevesebb steril neutrinó képződik, ami azt jelenti, hogy a keverési szög nagyobb lehet. Ezt a rejtett szektor változásaival érik el. A modell rejtett szektora steril neutrinókból és skalar mezőből áll. A skaláris mező felelős az ágazati struktúra kvalitatív változásáért (fázisátmenetért). Steril neutrino termelés csak ezen fázisátmenet után lehetséges. Ezért a modellünkben kevésbé steril neutrinók születnek, amelyek lehetővé teszik a szükséges mennyiségű sötét anyag előállítását a steril neutrínókból kilelektronvoltok nagyságrendű tömeggel, a keverési szög 10–3-ig terjedő nagy négyzetével”- mondta a cikk egyik szerzője, Anton Chudaykin. Az Orosz Tudományos Akadémia Nukleáris Kutatóintézetének kutatási asszisztense.
Promóciós videó:
Mint a tudósok megjegyzik, a kozmológia szempontjából érdekes az a lehetőség, hogy egy bizonyos tömegű neutrínókból előállítsák a szükséges mennyiségű sötét anyagot.
A rák csillagképe a Subaru távcsőjéből. Kontúrvonalak jelzik a sötét anyag eloszlását / Japán Nemzeti Csillagászati Megfigyelőközpont és a Hyper Suprime-Cam projekt
A tény az, hogy a korábban hideg sötét anyag, amely teljes egészében nehéz és inaktív részecskékből áll, és amelyek semmilyen módon nem akadályozzák meg a törpe galaxisok kialakulását, jól leírta a kísérleti adatok teljes halmazát. A kísérlet fejlesztésével kiderült, hogy valójában kevesebb ilyen galaxis létezik, mint várható volt. Ez azt jelenti, hogy a sötét anyag valószínűleg nem minden hideg, meleg sötét anyag keverékeit tartalmazza, amely gyorsabb és könnyebb részecskékből áll. Kiderült, hogy az elmélet és a kutatási eredmények eltértek, és a tudósoknak el kellett magyarázniuk, miért történt ez. Arra a következtetésre jutottak, hogy a sötét anyag csak kis töredékben tartalmaz könnyű, steril, neutrínókat, ami magyarázza a törpe műholdas galaxisok hiányát.
Blend szög négyzet paraméter térkorlátozások - “ steril neutrino tömege ” a javasolt modellben (a szín a steril neutrinók arányát képviseli a sötét anyag teljes energiasűrűségében) és a közvetlen keresésekből (zöld vonal). / Anton Chudaykin
A könnyű steril neutrinók azonban nem képesek az összes sötét anyagot felállítani. Az ezen a területen végzett legújabb tanulmányok szerint a fénykomponens aránya a sötét anyag teljes sűrűségében ma nem haladhatja meg a 35% -ot.
„A jövőben az ilyen létesítmények bármelyikétől érkező pozitív jel érvként szolgálhat a javasolt modell mellett, amely kvalitatívan új megértést eredményez a sötét anyag részecskék természetének az univerzumban” - zárta a tudós.
A munkát a Moszkva Fizikai és Technológiai Intézet és a Manchesteri Egyetem (Nagy-Britannia) tudósaival közösen végezték el.