Физики определили максимально возможную массу нейтрино

Используя данные крупномасштабной структуры галактик, космического микроволнового фона (CMB), сверхновых типа Ia и нуклеосинтеза Большого взрыва, группа физиков вычислила максимально возможную массу самых легких видов нейтрино.

Физики знают, что существует три вида нейтрино: электронный, мюонный и тау-нейтрино. Но есть также три нейтрино различной массы.

Нейтрино имеют ненулевую массу, но эта масса очень мала. Каждый нейтрино определенного аромата на самом деле является комбинацией нейтрино разных масс.

«Сотни миллиардов нейтрино летят через нас от Солнца каждую секунду, даже ночью», — сказал доктор Артур Лорейро, исследователь на кафедре физики и астрономии в Университетском колледже Лондона.

«Это очень слабое воздействие, о котором мы мало знаем. Что мы действительно знаем, так это то, что, двигаясь, они могут переключаться между своими тремя ароматами, и это может произойти, только если по крайней мере две их массы отличны от нуля».

«Три аромата можно сравнить с мороженым, где у вас есть один шарик, содержащий клубнику, шоколад и ваниль. Они присутствуют всегда, но в разных соотношениях, а изменяющееся соотношение и странное поведение частицы могут быть объяснены только нейтрино, имеющими массу».

Артур Лорейро и его коллеги использовали инновационный подход для расчета массы нейтрино, используя данные, собранные как космологами, так и физиками элементарных частиц.

Он включал в себя использование данных из 1,1 миллиона галактик из спектроскопического исследования колебаний барионов (BOSS) для измерения скорости расширения Вселенной, а также ограничений экспериментов по ускорению частиц.

«Мы использовали информацию из различных источников, включая космические и наземные телескопы, которые наблюдали первый свет Вселенной (излучение CMB), взрывающиеся звезды, самую большую трехмерную карту галактик во Вселенной, ускорители частиц, ядерные реакторы и так далее», говорит Артур Лорейро.

«Поскольку нейтрино присутствует в изобилии, но они крошечные и неуловимые, нам потребовались все доступные знания для расчета их массы, и наш метод мог бы быть применен к другим важным вопросам, озадачивающим космологов и физиков элементарных частиц».

Физики использовали эту информацию, чтобы подготовить структуру, в которой математически можно смоделировать массу нейтрино, и использовали суперкомпьютер для расчета максимально возможной массы самого легкого нейтрино, равной 0.086 эВ, что эквивалентно 1,5*10^-37 кг. Они рассчитали, что три нейтринных аромата вместе имеют верхнюю границу 0,26 эВ.

«Мы использовали более полумиллиона вычислительных часов для обработки данных; это эквивалентно почти 60 годам работы на одном процессоре. Этот проект раздвинул границы для анализа больших данных в космологии», — говорят исследователи.

Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.