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科学家反向推算最轻中微子的质量:能发掘宇宙秘密

时间:2019-08-29 10:30  编辑:眼爆科技

在一项新研究中,科学家使用了有关整个宇宙结构的数据,对宇宙中最小、最难研究的组成部分之一的质量进行测量。中微子是一种电中性的基本粒子,已有证据显示,中微子具有质量,但相比其他亚原子粒子而言非常微小。中微子只参与引力相互作用和弱相互作用,由于弱相互作用的作用距离极短,而引力相互作用在亚原子尺度下又十分微弱,因此中微子在穿过常规物质时不会受到太多阻碍,而且非常难以检测。每时每刻,都有无数的中微子穿过我们的身体。

我们对中微子几乎一无所知,甚至不知道它们有多重。但是,在科学家看来,中微子有着改变整个宇宙形状的能力。如果它们真的具有这样的能力,我们就可以用宇宙的形状来称量它们。近日,一支物理学家团队就完成了这样的工作。

由于物理学的原因,最小粒子的行为可以改变整个星系和其他巨大天体结构的行为。如果你想描述宇宙的行为,你必须考虑到它最小组成部分的性质。在即将发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的一篇新论文中,研究人员利用这一事实,从对宇宙大尺度结构的精确测量中,反向演算出了最轻中微子的质量(有三种中微子的质量)。

研究人员从重子振荡光谱巡天中获取了大约110万个星系的运动数据,结合其他宇宙学信息,以及地球上规模小得多的中微子实验的结果,然后把所有这些信息输入一台超级计算机。

我们使用了50多万小时的计算时间来处理数据,该研究的合著者、伦敦大学学院天体物理学博士生安德烈库丘(Andrei Cuceu)在声明中说,这相当于一台处理器工作了近60年时间。这个项目突破了宇宙学大数据分析的极限。

该研究的结果并没有为最轻的中微子的质量提供一个固定数值,但确实缩小了数值范围:这种中微子的质量不超过0.086电子伏特(eV),大约比单个电子质量小600万倍。这个数字为最轻的中微子质量设定了上限,而不是下限。作者在论文中指出,最轻的中微子可能根本没有任何质量。

物理学家目前已知的是,在三种中微子中,至少有两种必须有质量,而且它们的质量之间存在着某种关系(该论文还为三种中微子的结合质量设定了一个上限:0.26eV)。

令人困惑的是,中微子的三种质量并不符合中微子的三种味,即电中微子、中微子和中微子。根据费米实验室的说法,中微子的每一种味都是由三种质量的量子混合物构成的。因此,一个特定的中微子既含有一些质量1的部分,也有一些质量2和质量3的部分。正如1998年的超级神冈探测器的发现(后来获得了诺贝尔物理学奖)所揭示的那样,这些不同的质量部分允许中微子在不同的味之间来回振荡。

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