Новости

21 Января, 2020 11:34

Новый алгоритм упростил измерение массы нейтрино

Источник: ТАСС
Российские ученые предложили новый способ вычисления массы нейтрино с помощью данных, которые космологи собирают при изучении "космической паутины" – крупномасштабной структуры Вселенной. С помощью этих данных физики смогут попытаться раскрыть природу темной материи или найти первые следы "новой физики", пишет пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). Описание работы опубликовал Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Фото: орбитальная обсерватория Euclid. Источник: ESA/C. Carreau

"Предыдущие исследования были основаны на более грубых феноменологических моделях. Их использование не может считаться удовлетворительным при точности глубоких обзоров неба, имеющихся сейчас и ожидающихся в будущем. Разработанный нами алгоритм не имеет мировых аналогов и способен помочь в анализе данных крупномасштабной структуры Вселенной уже в ближайшие годы", - рассказал один из авторов работы, научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Антон Чудайкин.

Нейтрино представляют собой самые легкие и многочисленные элементарные частицы, которые взаимодействуют с окружающей материей только с помощью гравитации и так называемых слабых взаимодействий. В середине прошлого века физики выяснили, что существует три вида подобных частиц - тау, электронные и мюонные нейтрино и антинейтрино.

Чуть позже ученые обнаружили, что нейтрино разных видов умеют периодически превращаться друг в друга. Сам факт существования этого процесса, так называемых нейтринных осцилляций, указывает на то, что эти частицы обладают ненулевой массой, как раньше предполагали некоторые теоретики.

Физики уже несколько десятилетий наблюдают за этим процессом, пытаясь вычислить массу нейтрино по тому, как "охотно" разные типы этих частиц превращаются в два других вида. Сделать это, в силу крайне малой массы нейтрино, пока не удалось. Поэтому ученые пытаются сузить поле поисков с помощью альтернативных подходов, в том числе и наблюдая за тем, как устроена Вселенная.

Паутина Вселенной

Дело в том, что по представлениям современной науки, крупномасштабная структура мироздания, похожая по форме на гигантскую паутину из нитей видимой и темной материи, сформировалась в первые мгновения после Большого Взрыва под действием различных физических процессов. Их ход напрямую зависел от того, какими свойствами обладали различные элементарные частицы.

Руководствуясь этой идеей, космологи и физики уже несколько десятилетий пытаются подсчитать массу нейтрино с помощью наземных и орбитальных телескопов, которые наблюдают за "космической паутиной". Пока эти замеры не очень точны, однако новые обсерватории, такие как европейский космический зонд Euclid, чей запуск намечен на 2022 год, в принципе смогут решить эту задачу.

Для того, чтобы расшифровать эти данные и вычислить массу нейтрино, как отмечают Чудайкин и его коллега Михаил Иванов, нужно лучше понимать то, как свойства этих частиц и другие физические параметры влияли на распределение материи по Вселенной и формирование крупных и мелких нитей "паутины Вселенной". Без этого ученые просто не смогут интерпретировать полученные данные, так они не будут понимать, насколько они точны.

Российские физики создали методику, которая позволяет решить эту задачу. Для этого они разработали алгоритм, который упростил ведение расчетов. Он позволяет применять для подобного анализа сложные методы статистики, которые применяют при изучении случайных процессов. Эти же выкладки помогли ученым оценить то, насколько точными будут замеры массы нейтрино по данным Euclid.

Как оказалось, эта орбитальная обсерватория сможет измерить массу нейтрино с рекордной точностью, около 13 миллиэлектронвольт (мэВ). Этот показатель примерно на порядок выше, чем планируемая точность замеров, которые сейчас проводят на установке KATRIN. Кроме того, он будет заметно точнее уже существующих космологических замеров. Все это позволяет надеяться на то, что загадка ненулевой массы нейтрино скоро будет решена, заключают исследователи.

14 Февраля, 2020
Разгадана загадка взаимодействия частиц, открывающих уникальные возможности для полностью оптической обработки информации
Команда ученых из Лаборатории гибридной фотоники Сколковского института науки и технологий (Сколтех)...
10 Февраля, 2020
Интернет-пользователи назвали главные научные достижения 2019 года
Ко дню российской науки, который отмечается сегодня, 8 февраля, Mail.ru Group вместе с НИТУ "МИСиС" ...