Kosmologit - eivät hiukkasfyysikot - voisivat olla ne, jotka lopulta mittaavat vaikeasti vaikean neutriinohiukkasen massan. Ryhmä kosmologeja on tehnyt tarkan mittauksensa näiden salaperäisten ns. "Aavehiukkasten" massasta. He eivät käyttäneet jättiläistä hiukkasdetektoria, vaan käyttivät kaikkien aikojen suurimman galaksien tutkimuksen, Sloan Digital Sky Survey, tietoja. Vaikka aikaisemmat kokeet olivat osoittaneet, että neutriinoilla on massa, sen uskotaan olevan niin pieni, että sitä oli erittäin vaikea mitata. Mutta kun tarkastellaan Sloanin tietoja galakseista, tohtoriopiskelija Shawn Thomas ja hänen neuvonantajansa University University Lontoossa asettivat neutriinin massan korkeintaan 0,28 elektronvolttia, joka on alle miljardi osaa yhden vetyatomin massasta. Tämä on yksi täsmällisimmistä neutriinon massan mittauksista tähän mennessä.
Heidän työnsä perustuu periaatteeseen, jonka mukaan valtavalla neutrinoiden runsaudella (tällä hetkellä läpi kulkee triljoonia) on suuri kumulatiivinen vaikutus kosmoksen asiaan, joka muodostaa luonnollisesti galaksien ryhmien ja klustereiden ryhmittymiä. Koska neutriinot ovat erittäin kevyitä, ne liikkuvat maailmankaikkeuden yli suurilla nopeuksilla, mikä tasoittaa tätä aineen luonnollista ”rypistyvyyttä”. Analysoimalla galaksien jakautumista maailmankaikkeudessa (ts. Galaksien "tasoituksen" laajuus) tutkijat kykenevät selvittämään neutriinomassan ylärajat.
Neutriino pystyy kuljettamaan lyijyä valovuoden - noin kuusi biljoonaa mailia - läpi lyömättä yhtä atomia.
Keskeistä uudelle laskelmalle on kaikkien aikojen suurimman galaksien 3D-kartan olemassaolo, nimeltään Mega Z, joka kattaa yli 700 000 galaksia, jotka on tallennettu Sloan Digital Sky Survey -kyselyllä ja mahdollistaa mittaukset tunnetun maailmankaikkeuden laajoilla alueilla.
"Kaikista salaperäisen pimeän aineen hypoteettisista ehdokkaista neutriinot ovat toistaiseksi ainoa esimerkki luonnossa tosiasiallisesti esiintyvästä pimeästä aineesta", kertoi UCL: n astrofysiikkaryhmän johtaja Ofer Lahav. "On huomattavaa, että galaksien jakautuminen valtavissa mittakaavoissa voi kertoa meille pienten neutriinojen massasta."
UCL: n kosmologit pystyivät arvioimaan etäisyydet galakseihin käyttämällä uutta menetelmää, joka mittaa kunkin galaksin väriä. Yhdistämällä tämän valtavan galaksikartan tietoihin Big Bangin jälkivalon lämpötilavaihteluista, nimeltään kosminen mikroaaltouuni -taustasäteily, he pystyivät asettamaan yhden pienimmistä neutrinohiukkasten ylärajoista tähän mennessä.
"Vaikka neutriinot muodostavat alle yhden prosentin kaikesta aineesta, ne muodostavat tärkeän osan kosmologisesta mallista", tohtori Shaun Thomas sanoi. "On kiehtovaa, että kaikkein vaikeimmilla ja pienimmillä hiukkasilla voi olla tällainen vaikutus maailmankaikkeuteen."
"Tämä on yksi tehokkaimmista käytettävissä olevista tekniikoista neutriinomassojen mittaamiseen", tohtori Filipe Abadlla sanoi. "Tämä asettaa suuria toiveita saada lopulta mittaus neutriinon massasta tulevina vuosina."
Kirjoittajat ovat vakuuttuneita siitä, että laajempi maailmankaikkeustutkimus, kuten sellainen, jota he työskentelevät, nimeltään kansainvälinen Dark Energy Survey, tuottaa neutriinoille entistä tarkemman painon, mahdollisesti vain 0,1 elektronivoltin ylärajalla.
Tulokset julkaistaan Physical Review Letters -lehdessä.
Lähde: University College London
