Ilmuwan dari Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences telah merumuskan model fisik baru yang memungkinkan Anda menciptakan jumlah materi gelap yang diperlukan untuk penelitian dari neutrino. Pekerjaan tersebut dilakukan dalam kerangka proyek yang didukung oleh hibah dari Yayasan Sains Rusia, dan hasilnya dipublikasikan di Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) dan dipresentasikan pada Konferensi Internasional ke-6 tentang Perbatasan Baru dalam Fisika.
Materi gelap membentuk 25% dari total materi di Semesta, tidak memancarkan radiasi elektromagnetik dan tidak berinteraksi langsung dengannya. Tidak ada yang diketahui secara pasti tentang sifat materi gelap, kecuali bahwa ia dapat mengelompok - berkumpul menjadi kondensasi. Untuk mendeskripsikan materi gelap, ahli astrofisika memperluas Model Standar Fisika Partikel, sebuah teori mapan dalam fisika teoretis yang menjelaskan interaksi elektromagnetik, lemah dan kuat. Saat ini, para ilmuwan telah sampai pada kesimpulan bahwa model ini tidak sepenuhnya menggambarkan kenyataan, karena tidak memperhitungkan osilasi neutrino - transformasi berbagai jenis neutrino menjadi satu sama lain.
Neutrino adalah partikel fundamental yang tidak memiliki muatan listrik (netral). Neutrino hanya berpartisipasi dalam interaksi yang lemah dan gravitasi, karena intensitas interaksinya dengan apa pun sangat rendah. Neutrino adalah "kiri" dan "kanan". Neutrino steril disebut "benar", tidak seperti yang lain, tidak terdapat dalam Model Standar dan tidak berinteraksi dengan partikel pembawa interaksi fundamental alam (boson pengukur). Dalam hal ini, neutrino steril bercampur dengan neutrino aktif, yang merupakan partikel "kidal" dan terdapat dalam Model Standar. Neutrino aktif mencakup semua jenis neutrino, kecuali yang steril.
Detektor Neutrino, tampak dalam / Roy Kaltschmidt, Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley
Ilmuwan telah mempelajari garis spektrum sinar-X, yang baru-baru ini ditemukan dalam radiasi dari sejumlah gugus galaksi. Garis ini berhubungan dengan foton dengan energi 3,55 keV. Biasanya ini berarti bahwa atom-atom ini memancarkan foton karena transisi elektron dari satu tingkat ke tingkat lainnya, namun, zat dengan perbedaan antara tingkat 3,55 keV tidak ada di alam. Para ilmuwan telah menyarankan bahwa garis sinar-X ini dapat muncul karena peluruhan neutrino steril menjadi foton dan neutrino aktif. Jadi penulis menentukan bahwa massa neutrino steril itu kira-kira 7,1 keV. Sebagai perbandingan, massa proton adalah 938.272 keV.
Instalasi & quot; Troitsk Nu-Mass & quot; / Lembaga RAS Penelitian Nuklir
Neutrino steril dapat dideteksi di laboratorium berbasis darat seperti Troitsk Nu-Mass dan KATRIN. Instalasi ini ditujukan untuk mencari neutrino steril menggunakan peluruhan radioaktif tritium (isotop "berat" hidrogen 3H). Di pabrik Troitsk Nu-Mass, yang terletak di kota Troitsk, Wilayah Moskow, pembatasan terkuat pada sudut pencampuran kuadrat diperoleh. Sudut pencampuran adalah besaran tak berdimensi yang mencirikan amplitudo transisi neutrino dari satu keadaan ke keadaan lain. Kuantitas yang diukur adalah kuadrat dari sudut ini, karena kuadrat menentukan kemungkinan transisi dalam satu tindakan interaksi.
“Makalah ini mengusulkan sebuah model di mana osilasi, yaitu kelahiran neutrino steril, dimulai bukan pada tahap awal evolusi alam semesta, tetapi jauh kemudian. Ini mengarah pada fakta bahwa lebih sedikit neutrino steril yang diproduksi, yang berarti bahwa sudut pencampuran bisa lebih besar. Ini dicapai melalui perubahan di sektor tersembunyi. Sektor tersembunyi dari model terdiri dari neutrino steril dan bidang skalar. Bidang skalar bertanggung jawab atas perubahan kualitatif (transisi fase) dari struktur sektor. Produksi neutrino steril hanya mungkin dilakukan setelah transisi fase ini. Oleh karena itu, neutrino yang kurang steril lahir dalam model kami, yang memungkinkan kami menghasilkan jumlah materi gelap yang diperlukan dari neutrino steril dengan massa orde kiloelektronvolt dengan sudut pencampuran persegi besar hingga 10-3, kata salah satu penulis artikel, Anton Chudaykin. Asisten Peneliti di Institut Penelitian Nuklir, Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia.
Video promosi:
Sebagai catatan para ilmuwan, kemungkinan menghasilkan jumlah materi gelap yang dibutuhkan dari neutrino bermassa tertentu adalah menarik dari sudut pandang kosmologi.
Konstelasi Cancer dari teleskop Subaru. Garis kontur menunjukkan distribusi materi gelap / National Astronomical Observatory of Japan dan Hyper Suprime-Cam Project
Faktanya adalah bahwa materi gelap yang sebelumnya dingin, seluruhnya terdiri dari partikel berat dan tidak aktif yang tidak mencegah pembentukan galaksi katai dengan cara apa pun, menggambarkan dengan baik seluruh kumpulan data eksperimen. Dengan perbaikan eksperimen, ternyata galaksi seperti itu ternyata lebih sedikit dari yang diharapkan. Ini berarti materi gelap, kemungkinan besar, tidak semuanya dingin, ia mengandung campuran materi gelap hangat, yang terdiri dari partikel yang lebih cepat dan lebih ringan. Ternyata teori dan hasil penelitiannya berbeda, dan para ilmuwan perlu menjelaskan mengapa ini terjadi. Mereka menyimpulkan bahwa materi gelap mengandung sebagian kecil neutrino steril ringan, yang menjelaskan kekurangan galaksi satelit katai.
Batasan Ruang Parameter Blend Angle Squared - “ massa neutrino steril ” dalam model yang diusulkan (warna mewakili proporsi neutrino steril dalam kepadatan energi total materi gelap) dan dari pencarian langsung (garis hijau). / Anton Chudaykin
Neutrino steril ringan, bagaimanapun, tidak dapat menyusun semua materi gelap. Penelitian terbaru di area ini mengatakan bahwa porsi komponen cahaya dalam kepadatan total materi gelap saat ini tidak boleh melebihi 35%.
"Sinyal positif yang diterima di masa depan dari salah satu instalasi ini mungkin menjadi argumen yang mendukung model yang diusulkan, yang akan mengarah pada pemahaman baru secara kualitatif tentang sifat partikel materi gelap di alam semesta," ilmuwan menyimpulkan.
Pekerjaan itu dilakukan bekerja sama dengan para ilmuwan dari Institut Fisika dan Teknologi Moskow dan Universitas Manchester (Inggris Raya).
