Forskere fra Institute for Nuclear Research ved Russian Academy of Sciences har formulert en ny fysisk modell som lar deg lage mengden mørk materie som er nødvendig for forskning fra nøytrinoer. Arbeidet ble utført som en del av et prosjekt støttet av et tilskudd fra Russian Science Foundation, og resultatene ble publisert i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) og presentert på den 6. internasjonale konferansen om nye grenser i fysikk.
Mørk materie utgjør 25% av det totale stoffet i universet, sender ikke ut elektromagnetisk stråling og samhandler ikke direkte med det. Ingenting er kjent med sikkerhet om arten av mørk materie, bortsett fra at den kan klynge seg - samle seg til kondensasjoner. For å beskrive mørk materie utvider astrofysikere Standard Model of Particle Physics, en etablert teori i teoretisk fysikk som beskriver de elektromagnetiske, svake og sterke interaksjonene. I dag har forskere kommet til at denne modellen ikke fullt ut beskriver virkeligheten, fordi den ikke tar hensyn til nøytrino-svingninger - transformasjonen av forskjellige typer nøytrinoer til hverandre.
Neutrino er grunnleggende partikler som ikke har noen elektrisk ladning (nøytral). Neutrinoer deltar bare i svake og gravitasjonsinteraksjoner, fordi intensiteten av interaksjonen deres med noe er veldig lav. Nøytrinoer er "venstre" og "høyre". Sterile nøytrinoer kalles "rett", de, i motsetning til andre, er ikke inneholdt i standardmodellen og samhandler ikke med partikler - bærere av grunnleggende interaksjoner av naturen (gauge bosons). I dette tilfellet blir sterile nøytrinoer blandet med aktive nøytrinoer, som er "venstrehånds" partikler og er til stede i standardmodellen. Aktive nøytrinoer inkluderer alle typer nøytrinoer, bortsett fra sterile.
Neutrino-detektor, innvendig utsikt / Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory
Forskere har studert røntgenspektralinjen, som nylig ble oppdaget i stråling fra en rekke galakse klynger. Denne linjen tilsvarer fotoner med en energi på 3,55 keV. Vanligvis vil dette bety at disse atomene avgir disse fotonene på grunn av overgangen til et elektron fra et nivå til et annet, men stoffer med en forskjell i overgangen mellom nivåer på 3,55 keV eksisterer ikke i naturen. Forskere har antydet at denne røntgenlinjen kan vises på grunn av forfall av en steril neutrino til et foton og en aktiv nøytrino. Så forfatterne bestemte at massen av den sterile nøytrinoen var omtrent 7,1 keV. Til sammenligning er massen til en proton 938 272 keV.
Installasjon & quot; Troitsk Nu-Mass & quot; / Institute for Nuclear Research RAS
Sterile nøytrinoer kan påvises i bakkebaserte laboratorier som Troitsk Nu-Mass og KATRIN. Disse installasjonene er rettet mot å søke etter sterile nøytrinoer ved bruk av det radioaktive forfallet av tritium (den "tunge" isotopen av hydrogen 3H). På Troitsk Nu-Mass-anlegget, som ligger i byen Troitsk, Moskva-regionen, ble de sterkeste begrensningene for den kvadratiske blandingsvinkelen oppnådd. Blandevinkelen er en dimensjonsløs mengde som kjennetegner amplituden til nøytrinoovergangen fra en tilstand til en annen. Den målte mengden er kvadratet til denne vinkelen, siden den bestemmer sannsynligheten for overgang i en enkelt samhandlingshandling.
Denne artikkelen foreslår en modell der svingninger, dvs. fødselen av sterile nøytrinoer, ikke begynner i de tidlige stadiene av universets utvikling, men mye senere. Dette fører til at det produseres færre sterile nøytrinoer, noe som betyr at blandevinkelen kan være større. Dette oppnås gjennom endringer i den skjulte sektoren. Den skjulte sektoren til modellen består av sterile nøytrinoer og et skalarfelt. Skalafeltet er ansvarlig for den kvalitative endringen (faseovergangen) av sektorstrukturen. Steril nøytrinoproduksjon er først mulig etter denne faseovergangen. Derfor blir det født mindre sterile nøytrinoer i vår modell, som lar oss produsere den nødvendige mengden mørk materie fra sterile nøytrinoer med en masse i størrelsesorden kiloelektronvolt med en stor firkant av blandevinkelen opp til 10-3,”sa en av forfatterne av artikkelen, Anton Chudaykin. Forskningsassistent ved Institute for Nuclear Research, Russian Academy of Sciences.
Salgsfremmende video:
Som forskere bemerker, er selve muligheten for å produsere den nødvendige mengden mørk materie fra nøytrinoer av en viss masse interessant fra kosmologiens synspunkt.
Konstellasjonen Kreft fra Subaru-teleskopet. Konturlinjer indikerer fordelingen av mørk materie / National Astronomical Observatory of Japan og Hyper Suprime-Cam Project
Fakta er at tidligere kald mørk materie, fullstendig bestående av tunge og inaktive partikler som ikke forhindrer dannelse av dverggalakser på noen måte, beskrev hele settet med eksperimentelle data. Med forbedringen av eksperimentet viste det seg at det faktisk er færre slike galakser enn forventet. Dette betyr at mørk materie, mest sannsynlig, ikke er kald, den inneholder blandinger av varm mørk materie, som består av raskere og lysere partikler. Det viser seg at teorien og forskningsresultatene avvike, og forskere trengte å forklare hvorfor dette skjedde. De konkluderte med at mørk materie inneholder en liten brøkdel av lette sterile nøytrinoer, noe som forklarer mangelen på dvergssatellitt-galakser.
Blend Angle Squared Parameter Space Constraints - “ masse steril nøytrino ” i den foreslåtte modellen (fargen representerer andelen av sterile nøytrinoer i den totale energitettheten av mørk materie) og fra direkte søk (grønne linjer). / Anton Chudaykin
Lette sterile nøytrinoer kan imidlertid ikke utgjøre all mørk materie. Den siste forskningen på dette området sier at andelen av lyskomponenten i den totale tettheten av mørk materie i dag ikke bør overstige 35%.
"Det positive signalet som mottas i fremtiden fra noen av disse installasjonene, kan være et argument til fordel for den foreslåtte modellen, noe som vil føre til en kvalitativ ny forståelse av arten av mørke stoffpartikler i universet," konkluderte forskeren.
Arbeidet ble utført i samarbeid med forskere fra Moskva instituttet for fysikk og teknologi og University of Manchester (Storbritannia).
