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中微子從胚胎期的星系中移走大量的質(zhì)量對星系在宇宙中的分布有顯著(zhù)的影響 |
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天體物理學(xué)家是通過(guò)利用“WiggleZ暗能量巡查”（ WiggleZ Dark Energy survey）項目獲得的數據來(lái)計算出中微子質(zhì)量上限的。 |
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“暗能量巡查”項目的初衷是通過(guò)測量富含新生藍色恒星星系的分布來(lái)確定宇宙中總的暗能量 |
【搜狐科學(xué)消息】據國外媒體報道，天體物理學(xué)家利用整個(gè)宇宙作為巨大實(shí)驗室精確測定了在宇宙大爆炸中產(chǎn)生的中微子的質(zhì)量上限是0.29電子伏特，該測定是迄今為止對中微子質(zhì)量最精確的測定。
澳大利亞昆士蘭大學(xué)的天體物理學(xué)家沙艾·李默·索倫森（Signe Riemer-Sorensen）以第一作者把有關(guān)該測定的論文發(fā)表在了著(zhù)名物理學(xué)雜志《物理學(xué)評論D》(Physical Review D)上。他指出：“這項研究為今后更加精確地進(jìn)行星系巡查來(lái)理解宇宙運行的奧秘鋪平了道路，同時(shí)也為超新星爆炸模型以及設計中微子望遠鏡提供了幫助，中微子望遠鏡能夠比普通望遠鏡看到更遠的宇宙天體。
整個(gè)宇宙作為一所巨大的實(shí)驗室
中微子是一種高速運動(dòng)并且很難被探測到的粒子。雖然傳統的基本粒子理論框架——“粒子物理標準模型”認為中微子像光子那樣是沒(méi)有靜止質(zhì)量的。但是自從上世紀90年代末期以來(lái)，很多實(shí)驗都表明中微子是有微小質(zhì)量的。然而，要想確定中微子質(zhì)量的具體數值，卻是個(gè)棘手的難題。在實(shí)驗室對中微子質(zhì)量的測量受制于中微子內在的難以捉摸的性質(zhì)，因為中微子與物質(zhì)的相互作用非常微弱，所以地球上的探測器很難測量到大量的中微子事件。
用整個(gè)宇宙進(jìn)行一項巨大的實(shí)驗
沙艾·李默·索倫森說(shuō)：“宇宙本身就可以進(jìn)行一項巨大的實(shí)驗，因為我們可以看所有中微子加在一起的總的效應。盡管構建一個(gè)合理的模型是一個(gè)很大的挑戰，但是在確定中微子質(zhì)量方面，使用宇宙學(xué)方法可以比實(shí)驗室里的實(shí)驗做得更好?！庇钪鎸W(xué)家開(kāi)發(fā)的這項測量中微子的實(shí)驗比地球實(shí)驗室里最先進(jìn)的中微子質(zhì)量測量實(shí)驗還要靈敏10倍。特別地，研究者是通過(guò)利用“WiggleZ暗能量巡查”（ WiggleZ Dark Energy survey）項目獲得的數據來(lái)確定特殊類(lèi)型的星系分布，進(jìn)而計算出三種類(lèi)型中微子質(zhì)量之和的上限（測量單個(gè)中微子質(zhì)量的技術(shù)目前還不存在）。
“暗能量巡查”項目的初衷是通過(guò)測量富含新生藍色恒星星系的分布來(lái)確定宇宙中總的暗能量，它產(chǎn)生了包含24萬(wàn)個(gè)星系的3維星系分布圖。該項目利用的是位于澳大利亞新南威爾士州的“英澳天文臺”的望遠鏡進(jìn)行的，它能回望宇宙70億年的古老星空。中微子質(zhì)量的測定只是該項目偶然得來(lái)的一個(gè)副產(chǎn)品。
回到130億年之前星系剛開(kāi)始形成的時(shí)期，那時(shí)的暗物質(zhì)把正常態(tài)的物質(zhì)（構成恒星及我們人體的物質(zhì)等）緊緊的拉在一起，當大部分物質(zhì)都沒(méi)法逃脫暗物質(zhì)所設下的引力勢阱的時(shí)候，高能的中微子卻能夠逃脫出去。中微子從胚胎期的星系中移走大量的質(zhì)量對星系在宇宙中的分布有顯著(zhù)的影響。星系分布的情況是通過(guò)WiggleZ暗能量巡查得到的，而中微子質(zhì)量的獲得是通過(guò)星系的分布而建立的分析模型和模擬獲得的。通過(guò)該方法測定的中微子的質(zhì)量上限是0.29電子伏特，是電子質(zhì)量的二百萬(wàn)分之一。
來(lái)自墨爾本大學(xué)的理論粒子物理學(xué)家雷蒙德·沃克斯（Raymond Volkas）說(shuō)：“這個(gè)美麗的實(shí)驗驗證了中微子振蕩的存在（一種類(lèi)型的中微子通過(guò)量子力學(xué)機制從轉變成另一種類(lèi)型），證明了至少一種類(lèi)型的中微子的質(zhì)量大于0.05電子伏特。因此你可以看到，我們能夠通過(guò)宇觀(guān)和微觀(guān)兩個(gè)方向對中微子的質(zhì)量進(jìn)行限定?！?br> 廣泛的應用
在談到這項發(fā)現的價(jià)值時(shí)沃克斯說(shuō)：“中微子質(zhì)量的測量非常重要，因為它能提供理解物質(zhì)基本結構和起源的另一個(gè)重要線(xiàn)索。中微子的質(zhì)量與其它的基本粒子的質(zhì)量相比如此之輕，一定存在一個(gè)非常深刻的原因。中微子精確質(zhì)量的獲得將最終幫助我們解開(kāi)這個(gè)謎團?！?br> 李默·索倫森認為這個(gè)發(fā)現的另一個(gè)重要的應用是幫助設計和建立中微子望遠鏡。中微子望遠鏡能夠使天體物理學(xué)家更加深遠地回望宇宙的發(fā)端。他說(shuō)：“中微子望遠鏡與傳統的光學(xué)望遠鏡相比有著(zhù)巨大的優(yōu)勢，因為中微子不像光子那樣容易被遙遠天體和我們之間的星際物質(zhì)所散射，所以我們使用它能夠看到更加遙遠的宇宙天體?！保ň幾g：雙螺旋）
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