Kosmologer - och inte partikelfysiker - kan vara de som äntligen mäter massan på den svårfångade neutrinopartikeln. En grupp kosmologer har gjort sin mest exakta mätning ännu av massan av dessa mystiska så kallade "spökpartiklar." De använde inte en gigantisk partikeldetektor utan använde data från den största undersökningen av galaxer någonsin, Sloan Digital Sky Survey. Medan tidigare experiment visade att neutrino har en massa, tros det vara så litet att det var mycket svårt att mäta. Men när man tittar på Sloan-uppgifterna om galaxer, lägger doktoranden Shawn Thomas och hans rådgivare vid University College London massan av en neutrino till högst 0,28 elektronvolter, vilket är mindre än en miljarddedel av massan av en enda väteatom. Detta är en av de mest exakta mätningarna av en neutrino-massa hittills.
Deras arbete är baserat på principen att det enorma överflödet av neutrino (det finns biljoner som passerar genom dig just nu) har en stor kumulativ effekt på frågan om kosmos, som naturligtvis formas till "klumpar" av grupper och galaxkluster. Eftersom neutrinoer är extremt lätta rör de sig över universum med stora hastigheter vilket har effekten att jämna ut denna naturliga "klumpighet" av materien. Genom att analysera fördelningen av galaxer över universum (dvs omfattningen av denna "utjämning" av galaxer) kan forskare uträtta de övre gränserna för neutrino-massan.
En neutrino kan passera genom ett ljusår - omkring sex biljoner mil - bly utan att träffa en enda atom.
Centrala för denna nya beräkning är förekomsten av den största någonsin 3D-karta över galaxer, kallad Mega Z, som täcker över 700 000 galaxer inspelade av Sloan Digital Sky Survey och möjliggör mätningar över stora sträckor av det kända universum.
"Av alla de hypotetiska kandidaterna till det mystiska Dark Matter, hittills är neutrinoer det enda exemplet på mörk materia som faktiskt finns i naturen", sa Ofer Lahav, chef för UCL: s Astrofysikgrupp. "Det är anmärkningsvärt att spridningen av galaxer på enorma skalor kan berätta för oss om de små neutrinoernas massa."
Kosmologerna vid UCL kunde uppskatta avstånd till galaxer med en ny metod som mäter färgen på var och en av galaxerna. Genom att kombinera denna enorma galaxkarta med information från temperaturfluktuationerna i eftergången av Big Bang, kallad den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen, kunde de sätta en av de minsta övre gränserna för storleken på neutrinopartikeln hittills.
”Även om neutrinoer utgör mindre än 1% av all materia utgör de en viktig del av den kosmologiska modellen,” sade Dr. Shaun Thomas. "Det är fascinerande att de mest svårfångade och små partiklarna kan ha en sådan effekt på universum."
"Detta är en av de mest effektiva teknikerna som finns tillgängliga för att mäta neutrino-massorna," sade Dr. Filipe Abadlla. "Detta hoppas att äntligen få en mätning av neutrino-massan under de kommande åren."
Författarna är övertygade om att en större undersökning av universum, som den de arbetar med som kallas den internationella Dark Energy Survey, kommer att ge en ännu mer exakt vikt för neutrinoen, eventuellt vid en övre gräns på bara 0,1 elektronvolt.
Resultaten publiceras i tidskriften Physical Review Letters.
Källa: University College London
