Två av de största genombrottna för fysik under det senaste decenniet är upptäckten att otäcka subatomära partiklar som kallas neutrinoer faktiskt har en liten mängd massa och upptäckten att universums expansion faktiskt ökar hastigheten.
Nu föreslår tre fysiker från University of Washington att de två upptäckterna är integrerade i varandra genom en av de konstigaste kännetecknen i universum, mörk energi, en koppling som de säger kan orsakas av en tidigare okänd subatomisk partikel som de kallar "acceleron".
Mörk energi var försumbar i det tidiga universum, men nu står det för cirka 70 procent av kosmos. Att förstå fenomenet kan hjälpa till att förklara varför universum en dag, länge i framtiden, kommer att expandera så mycket att inga andra stjärnor eller galaxer kommer att synas på vår natthimlen, och i slutändan kan det hjälpa forskare att urskilja om universums expansion kommer att fortsätta obegränsat.
I denna nya teori påverkas neutrino av en ny kraft som är resultatet av deras interaktion med accelerationer. Mörk energi resulterar när universum försöker dra isär neutriner, vilket ger en spänning som den i sträckt gummiband, säger Ann Nelson, en UW-fysikprofessor. Den spänningen drivs universums expansion, sade hon.
Neutrino skapas av biljoner i stjärnorna i kärnkraftsugnar som vår sol. De strömmar genom universum, och miljarder passerar hela materien, inklusive människor, varje sekund. Förutom en liten massa har de ingen elektrisk laddning, vilket innebär att de interagerar väldigt lite, om inte alls, med materialen de passerar genom.
Men samspelet mellan accelerationer och annan materia är ännu svagare, sade Nelson, varför dessa partiklar ännu inte har sett av sofistikerade detektorer. I den nya teorin uppvisar emellertid accelerationer en kraft som kan påverka neutrino, en kraft som hon tror kan upptäckas av olika neutrinoxperiment som redan verkar runt om i världen.
”Det finns många modeller av mörk energi, men testerna är mestadels begränsade till kosmologi, särskilt mätning av universums expansion. Eftersom detta handlar om att observera mycket avlägsna föremål, är det mycket svårt att göra en sådan mätning exakt, ”sa Nelson.
”Detta är den enda modellen som ger oss ett meningsfullt sätt att göra experiment på jorden för att hitta kraften som ger upphov till mörk energi. Vi kan göra detta med befintliga neutrinoxperiment. ”
Den nya teorin är avancerad i ett papper av Nelson; David Kaplan, också UW-fysikprofessor; och Neal Weiner, en UW-forskningsassistent i fysik. Deras arbete, delvis stött av ett bidrag från U.S. Department of Energy, beskrivs i en artikel som accepteras för publicering i ett kommande nummer av Physical Review Letters, en tidskrift för American Physical Society.
Forskarna säger att en neutrinos massa faktiskt kan förändras beroende på miljön genom vilken den passerar, på samma sätt som ljusets utseende förändras beroende på om det reser genom luft, vatten eller ett prisma. Det betyder att neutrino detektorer kan komma med något olika fynd beroende på var de är och vad som omger dem.
Men om neutrino är en del av mörk energi, tyder det på att det finns en kraft som skulle förena anomalier mellan de olika experimenten, sade Nelson. Förekomsten av den styrkan, som består av både neutrino och acceleration, kommer att fortsätta att driva universums expansion, sade hon.
Fysiker har förföljt bevis som kan säga om universum kommer att fortsätta att expandera på obestämd tid eller komma till ett plötsligt stopp och kollaps på sig själv i en så kallad "stor knas." Medan den nya teorin inte föreskriver en "stor knas," sa Nelson, betyder det att utvidgningen vid någon tidpunkt kommer att sluta bli snabbare.
"I vår teori skulle neutrinoerna så småningom komma för långt ifrån varandra och bli för massiva för att påverkas mer av effekten av mörk energi, så accelerationen av expansionen måste stanna," sade hon. "Universum kan fortsätta att expandera, men i en ständigt sjunkande takt."
Originalkälla: University of Washington News Release
