Krievijas Zinātņu akadēmijas Kodolpētniecības institūta zinātnieki ir formulējuši jaunu fizikālu modeli, kas ļauj no neitrīniem radīt pētījumiem nepieciešamo tumšās vielas daudzumu. Darbs tika veikts kā daļa no projekta, kuru atbalstīja Krievijas Zinātnes fonds, un tā rezultāti tika publicēti žurnālā Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) un prezentēti 6. starptautiskajā konferencē par jaunām robežām fizikā.
Tumšā matērija veido 25% no visas Visumā esošās vielas, tā neizstaro elektromagnētisko starojumu un tieši ar to nedarbojas. Par tumšās matērijas būtību nekas nav zināms, izņemot to, ka tā var sagrupēties - sapludināties. Lai aprakstītu tumšo vielu, astrofiziķi paplašina Daļiņu fizikas standarta modeli, teorētiskajā fizikā iedibinātu teoriju, kas apraksta elektromagnētisko, vājo un spēcīgo mijiedarbību. Šodien zinātnieki ir nonākuši pie secinājuma, ka šis modelis pilnībā neapraksta realitāti, jo tajā nav ņemtas vērā neitrīno svārstības - dažāda veida neitrīnu transformācija savā starpā.
Neitrīni ir pamata daļiņas, kurām nav elektriskā lādiņa (neitrāla). Neitrīni piedalās tikai vājā un gravitācijas mijiedarbībā, jo to mijiedarbība ar jebko ir ļoti zema. Neitrīni ir "pa kreisi" un "pa labi". Sterilie neitrīni tiek saukti par “pareizajiem”, atšķirībā no citiem tie nav ietverti standarta modelī un nav mijiedarbībā ar daļiņām - būtiskas dabas mijiedarbības nesējiem (gabarītu bozoni). Šajā gadījumā sterilos neitrīnus sajauc ar aktīvajiem neitrīno, kas ir "kreisās puses" daļiņas un atrodas standarta modelī. Aktīvie neitrīni ietver visu veidu neitrīnus, izņemot sterilos.
Neitrīno detektors, skats no iekšpuses / Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley Nacionālā laboratorija
Zinātnieki ir veikuši rentgenstaru spektrālās līnijas pētījumu, kas nesen atklāts daudzu galaktiku kopu starojumā. Šī līnija atbilst fotoniem ar enerģiju 3,55 keV. Parasti tas nozīmētu, ka šie atomi izstaro šos fotonus elektronu pārejas dēļ no viena līmeņa uz otru, tomēr vielām ar atšķirību starp 3,55 keV līmeņiem dabā neeksistē. Zinātnieki ir ierosinājuši, ka šī rentgenstaru līnija varētu parādīties sakarā ar sterila neitrīna sadalīšanos fotonā un aktīvā neitrīnā. Tātad autori secināja, ka sterilā neitrīno masa bija aptuveni 7,1 keV. Salīdzinājumam - protona masa ir 938 272 keV.
Instalācija & trootk Nu-Mass & quot; / Kodolpētniecības institūts RAS
Sterilus neitrīnus var noteikt uz zemes bāzētās laboratorijās, piemēram, Troitsk Nu-Mass un KATRIN. Šīs instalācijas ir paredzētas sterilu neitrīnu meklēšanai, izmantojot tritija (3H ūdeņraža "smagā" izotopa) radioaktīvo sabrukšanu. Troitsk Nu-Mass rūpnīcā, kas atrodas Troitskas pilsētā Maskavas apgabalā, tika iegūti visspēcīgākie ierobežojumi kvadrātā sajaukšanās leņķim. Sajaukšanas leņķis ir bezizmēra lielums, kas raksturo neitrīno pārejas amplitūdu no viena stāvokļa uz otru. Izmērītais lielums ir šī leņķa kvadrāts, jo tas nosaka pārejas varbūtību vienā mijiedarbības aktā.
Šis dokuments piedāvā modeli, kurā svārstības, tas ir, sterilu neitrīnu dzimšana, sākas nevis Visuma evolūcijas agrīnajos posmos, bet daudz vēlāk. Tas noved pie tā, ka tiek saražots mazāk sterilu neitrīnu, kas nozīmē, ka sajaukšanās leņķis var būt lielāks. Tas tiek panākts ar izmaiņām slēptajā nozarē. Slēptais modeļa sektors sastāv no steriliem neitrīniem un skalārā lauka. Skalarais lauks ir atbildīgs par nozares struktūras kvalitatīvajām izmaiņām (fāzes pāreju). Sterila neitrīno veidošanās ir iespējama tikai pēc šīs fāzes pārejas. Tāpēc mūsu modelī dzimst mazāk sterili neitrīni, kas ļauj no steriliem neitrīniem ražot vajadzīgo tumšās vielas daudzumu ar kiloelektronvoltu kārtas masu ar lielu sajaukšanās leņķa kvadrātu līdz 10-3,”sacīja viens no raksta autoriem Antons Čudadakins. Krievijas Zinātņu akadēmijas Kodolpētniecības institūta pētniecības asistents.
Reklāmas video:
Kā atzīmē zinātnieki, pati kosmoloģijas aspekta interese ir pati nepieciešamā daudzuma tumšās vielas iegūšana no noteiktas masas neitrīniem.
Vēža zvaigznājs no Subaru teleskopa. Kontūru līnijas norāda tumšās vielas izplatību / Japānas Nacionālā astronomiskā observatorija un Hyper Suprime-Cam projekts
Fakts ir tāds, ka iepriekš aukstā tumšā viela, kas pilnībā sastāv no smagām un neaktīvām daļiņām, kas nekādā veidā neaizkavē punduru galaktiku veidošanos, labi aprakstīja visu eksperimentālo datu kopumu. Pilnveidojot eksperimentu, izrādījās, ka patiesībā šādu galaktiku ir mazāk, nekā gaidīts. Tas nozīmē, ka tumšā viela, visticamāk, nebūt nav visa aukstā, tā satur siltas tumšās vielas piemaisījumus, kas sastāv no ātrākām un vieglākām daļiņām. Izrādās, ka teorija un pētījumu rezultāti atšķīrās, un zinātniekiem vajadzēja izskaidrot, kāpēc tas notika. Viņi secināja, ka tumšā viela satur nelielu frakciju vieglu sterilu neitrīno, kas izskaidro punduru satelīta galaktiku trūkumu.
Maisījuma leņķa kvadrāta parametra telpas ierobežojumi - “ sterila neitrino masa ” ierosinātajā modelī (krāsa atspoguļo sterilo neitrīno īpatsvaru kopējā tumšās vielas enerģijas blīvumā) un no tiešajiem meklējumiem (zaļās līnijas). / Antons Čudaykins
Vieglie sterilie neitrīni tomēr nespēj sastādīt visu tumšo vielu. Jaunākie pētījumi šajā jomā saka, ka gaismas komponenta īpatsvars kopējā tumšās vielas blīvumā mūsdienās nedrīkst pārsniegt 35%.
"Pozitīvs signāls, kas nākotnē tiek saņemts no jebkuras no šīm instalācijām, var būt arguments par labu ierosinātajam modelim, kas radīs kvalitatīvi jaunu izpratni par tumšās vielas daļiņu raksturu Visumā," secināja zinātnieks.
Darbs tika veikts sadarbībā ar Maskavas Fizikas un tehnoloģijas institūta un Mančestras Universitātes (Lielbritānija) zinātniekiem.