天体物理学家通过星系巡查测定中微子质量

伤我心太深

中微子从胚胎期的星系中移走大量的质量对星系在宇宙中的分布有显著的影响

天体物理学家是通过利用“WiggleZ暗能量巡查”（ WiggleZ Dark Energy survey）项目获得的数据来计算出中微子质量上限的。

“暗能量巡查”项目的初衷是通过测量富含新生蓝色恒星星系的分布来确定宇宙中总的暗能量

　　【搜狐科学消息】据国外媒体报道，天体物理学家利用整个宇宙作为巨大实验室精确测定了在宇宙大爆炸中产生的中微子的质量上限是0.29电子伏特，该测定是迄今为止对中微子质量最精确的测定。
　　澳大利亚昆士兰大学的天体物理学家沙艾•李默•索伦森（Signe Riemer-Sorensen）以第一作者把有关该测定的论文发表在了著名物理学杂志《物理学评论D》(Physical Review D)上。他指出：“这项研究为今后更加精确地进行星系巡查来理解宇宙运行的奥秘铺平了道路，同时也为超新星爆炸模型以及设计中微子望远镜提供了帮助，中微子望远镜能够比普通望远镜看到更远的宇宙天体。
　　整个宇宙作为一所巨大的实验室
　　中微子是一种高速运动并且很难被探测到的粒子。虽然传统的基本粒子理论框架——“粒子物理标准模型”认为中微子像光子那样是没有静止质量的。但是自从上世纪90年代末期以来，很多实验都表明中微子是有微小质量的。然而，要想确定中微子质量的具体数值，却是个棘手的难题。在实验室对中微子质量的测量受制于中微子内在的难以捉摸的性质，因为中微子与物质的相互作用非常微弱，所以地球上的探测器很难测量到大量的中微子事件。
　　用整个宇宙进行一项巨大的实验
　　沙艾•李默•索伦森说：“宇宙本身就可以进行一项巨大的实验，因为我们可以看所有中微子加在一起的总的效应。尽管构建一个合理的模型是一个很大的挑战，但是在确定中微子质量方面，使用宇宙学方法可以比实验室里的实验做得更好。”宇宙学家开发的这项测量中微子的实验比地球实验室里最先进的中微子质量测量实验还要灵敏10倍。特别地，研究者是通过利用“WiggleZ暗能量巡查”（ WiggleZ Dark Energy survey）项目获得的数据来确定特殊类型的星系分布，进而计算出三种类型中微子质量之和的上限（测量单个中微子质量的技术目前还不存在）。
　　“暗能量巡查”项目的初衷是通过测量富含新生蓝色恒星星系的分布来确定宇宙中总的暗能量，它产生了包含24万个星系的3维星系分布图。该项目利用的是位于澳大利亚新南威尔士州的“英澳天文台”的望远镜进行的，它能回望宇宙70亿年的古老星空。中微子质量的测定只是该项目偶然得来的一个副产品。
　　回到130亿年之前星系刚开始形成的时期，那时的暗物质把正常态的物质（构成恒星及我们人体的物质等）紧紧的拉在一起，当大部分物质都没法逃脱暗物质所设下的引力势阱的时候，高能的中微子却能够逃脱出去。中微子从胚胎期的星系中移走大量的质量对星系在宇宙中的分布有显著的影响。星系分布的情况是通过WiggleZ暗能量巡查得到的，而中微子质量的获得是通过星系的分布而建立的分析模型和模拟获得的。通过该方法测定的中微子的质量上限是0.29电子伏特，是电子质量的二百万分之一。
　　来自墨尔本大学的理论粒子物理学家雷蒙德•沃克斯（Raymond Volkas）说：“这个美丽的实验验证了中微子振荡的存在（一种类型的中微子通过量子力学机制从转变成另一种类型），证明了至少一种类型的中微子的质量大于0.05电子伏特。因此你可以看到，我们能够通过宇观和微观两个方向对中微子的质量进行限定。”
　　广泛的应用
　　在谈到这项发现的价值时沃克斯说：“中微子质量的测量非常重要，因为它能提供理解物质基本结构和起源的另一个重要线索。中微子的质量与其它的基本粒子的质量相比如此之轻，一定存在一个非常深刻的原因。中微子精确质量的获得将最终帮助我们解开这个谜团。”
　　李默•索伦森认为这个发现的另一个重要的应用是帮助设计和建立中微子望远镜。中微子望远镜能够使天体物理学家更加深远地回望宇宙的发端。他说：“中微子望远镜与传统的光学望远镜相比有着巨大的优势，因为中微子不像光子那样容易被遥远天体和我们之间的星际物质所散射，所以我们使用它能够看到更加遥远的宇宙天体。”（编译：双螺旋）