Znanstveniki z Inštituta za jedrske raziskave Ruske akademije znanosti so oblikovali nov fizični model, ki vam omogoča, da ustvarite količino temne snovi, potrebne za raziskave iz nevtrinov. Delo je potekalo v okviru projekta, ki ga podpira štipendija Ruske znanstvene fundacije, njegovi rezultati pa so bili objavljeni v reviji Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) in predstavljeni na 6. mednarodni konferenci o novih mejah fizike.
Temna snov predstavlja 25% celotne snovi v vesolju, ne oddaja elektromagnetnega sevanja in z njo neposredno ne deluje. Za naravo temne snovi se zagotovo ne ve nič, le da se lahko gruča - nabere v kondenzate. Za opis temne snovi astrofiziki razširijo standardni model fizike delcev, ustaljeno teorijo v teoretični fiziki, ki opisuje elektromagnetne, šibke in močne interakcije. Danes so znanstveniki ugotovili, da ta model ne opisuje v celoti resničnosti, saj ne upošteva nevtinskih nihanj - preoblikovanja različnih vrst nevtrinov drug v drugega.
Nevtrini so osnovni delci, ki nimajo električnega naboja (nevtralen). Nevtrini sodelujejo le v šibkih in gravitacijskih interakcijah, ker je intenzivnost njihovega interakcije s čimerkoli zelo nizka. Nevtrini sta "levi" in "desni". Sterilni nevtrini se imenujejo "prav", vendar za razliko od drugih niso vsebovani v standardnem modelu in ne posegajo v delce - nosilce temeljnih interakcij narave (merilni bozoni). V tem primeru se sterilni nevtrini pomešajo z aktivnimi nevtrini, ki so "levičarski" delci in so prisotni v standardnem modelu. Aktivni nevtrini vključujejo vse vrste nevtrinov, razen sterilnih.
Neutrino detektor, pogled v notranjost / Roy Kaltschmidt, Nacionalni laboratorij Lawrence Berkeley
Znanstveniki so preučevali spektralno linijo rentgenskih žarkov, ki so jo pred kratkim odkrili v sevanju iz številnih skupin galaksij. Ta vrstica ustreza fotonom z energijo 3,55 keV. Običajno bi to pomenilo, da ti atomi oddajajo te fotone zaradi prehoda elektrona z ene ravni na drugo, vendar snovi z razliko med ravnmi 3,55 keV v naravi ne obstajajo. Znanstveniki predlagajo, da bi se lahko ta rentgenska linija pojavila zaradi razpada sterilnega nevtrina v foton in aktivnega nevtrina. Tako so avtorji ugotovili, da je masa sterilnega nevtrina približno 7,1 keV. Za primerjavo je masa protona 938 272 keV.
Namestitev "Troitsk Nu-Mass"; / Inštitut za jedrske raziskave RAS
V zemeljskih laboratorijih, kot sta Troitsk Nu-Mass in KATRIN, je mogoče odkriti sterilne nevtrine. Te naprave so namenjene iskanju sterilnih nevtrinov z uporabo radioaktivnega razpada tricija ("težki" izotop vodika 3H). V obratu Troitsk Nu-Mass, ki se nahaja v mestu Troitsk, Moskovska regija, so bile dosežene najmočnejše omejitve za kvadratni mešalni kot. Kot mešanja je brezdimenzijska količina, ki označuje amplitudo nevtrinskega prehoda iz enega v drugo stanje. Izmerjena količina je kvadrat tega kota, saj določa verjetnost prehoda v enem samem dejanju interakcije.
„Ta članek predlaga model, v katerem se oscilacije, to je rojstvo sterilnih nevtrinov, začnejo ne v zgodnjih fazah razvoja vesolja, temveč mnogo pozneje. To vodi v dejstvo, da nastane manj sterilnih nevtrinov, kar pomeni, da je lahko mešalni kot večji. To dosežemo s spremembami v skritem sektorju. Skriven sektor modela sestavljajo sterilni nevtrini in skalarno polje. Skalarno polje je odgovorno za kvalitativno spremembo (fazni prehod) sektorske strukture. Proizvodnja sterilnega nevtrina je možna šele po tem faznem prehodu. Zato se v našem modelu rodi manj sterilnih nevtrinov, kar nam omogoča, da iz sterilnih nevtrinov proizvedemo potrebno količino temne snovi z maso velikosti kiloelektronvoltov z velikim kvadratom mešalnega kota do 10-3, je dejal eden od avtorjev članka Anton Chudaaykin. Asistent na Inštitutu za jedrske raziskave Ruske akademije znanosti.
Promocijski video:
Kot ugotavljajo znanstveniki, je z vidika kozmologije zanimiva sama možnost proizvajanja potrebne količine temne snovi iz nevtrinov določene mase.
Ozvezdje Rak iz teleskopa Subaru. Konturne črte označujejo porazdelitev temne snovi / National Astronomical Observatory of Japan in Hyper Suprime-Cam Project
Dejstvo je, da je prej hladna temna snov, ki jo v celoti sestavljajo težki in neaktivni delci, ki nikakor ne preprečujejo tvorbe pritlikavih galaksij, dobro opisala celoten sklop eksperimentalnih podatkov. Z izboljšanjem poskusa se je izkazalo, da je v resnici manj takšnih galaksij, kot je bilo pričakovano. To pomeni, da temna snov najverjetneje ni vsa hladna, vsebuje primesi tople temne snovi, ki jo sestavljajo hitrejši in lažji delci. Izkazalo se je, da so se teorija in rezultati raziskav razšli, znanstveniki pa so morali razložiti, zakaj se je to zgodilo. Ugotovili so, da temna snov vsebuje majhen del lahkih sterilnih nevtrinov, kar pojasnjuje pomanjkanje pritlikavih satelitskih galaksij.
Omejitve prostora za omejevanje parametra s kotnim kvadratkom - “ masa sterilnega nevtrina ” v predlaganem modelu (barva predstavlja delež sterilnih nevtrinov v celotni gostoti energije temne snovi) in pri neposrednem iskanju (zelene črte). / Anton Čudajkin
Lahki sterilni nevtrini pa ne morejo sestaviti vse temne snovi. Najnovejše raziskave na tem področju pravijo, da delež svetlobne komponente v celotni gostoti temne snovi danes ne sme presegati 35%.
"Pozitiven signal, ki ga bomo v prihodnosti prejeli od katere koli od teh naprav, je lahko argument v prid predlaganemu modelu, kar bo privedlo do kakovostno novega razumevanja narave delcev temne snovi v vesolju," je zaključil znanstvenik.
Delo je potekalo v sodelovanju z znanstveniki z Moskovskega inštituta za fiziko in tehnologijo ter Univerze v Manchestru (Velika Britanija).