22 января 2020

Российские ученые разработали алгоритм измерения массы нейтрино

Википедия Здание ИКИ РАН Википедия

Физики из МФТИ и Института ядерных исследований РАН разработали новый способ вычисления массы нейтрино на основе данных, собираемых при изучении «космической паутины», крупномасштабной структуры Вселенной, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

Отмечается, что эти данные помогут понять природу темной материи, а также найти первые следы «новой физики».

«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 научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Антон Чудайкин, цитирует РИА «Новости» сообщение РНФ.

Нейтрино – самые легкие и многочисленные элементарные частицы, которые могут взаимодействовать с окружающей материей только с помощью гравитации и так называемых слабых взаимодействий. Известно, что существует три «сорта» таких частиц – тау, электронные и мюонные нейтрино и антинейтрино.

Как выяснили физики, нейтрино разных видов умеют периодически превращаться друг в друга. Факт того, что существует подобный процесс, называемый нейтринными осцилляциями, указывает на то, что эти частицы обладают ненулевой массой, как предполагалось ранее.

Ученые следят за этим процессом много лет, пытаясь определить массу нейтрино по тому, как «охотно» разные типы частиц превращаются в два других типа. Так как масса нейтрино слишком мала, ученым пока не удавалось точно вычислить ее. Однако физики пытаются выяснить это путем применения альтернативных методов, в том числе наблюдая за тем, как устроена Вселенная.

Крупномасштабная структура мироздания, напоминающая гигантскую паутину из нитей видимой и темной материи, образовалась сразу же после Большого Взрыва под действием различных физических процессов, которые напрямую зависели от того, какими свойствами обладали различные элементарные частицы.

Отталкиваясь от этого, космологи и физики пытались определить массу нейтрино, применяя для этого наземные и орбитальные телескопы, наблюдающие за «космической паутиной». Однако пока эти замеры не совсем точны. Ученые надеются, что эта задача будет решена благодаря появлению новых обсерваторий, таких как европейский космический зонд Euclid, чей запуск намечен на 2022 год.

По мнению ученых, расшифровка этих данных и вычисление массы нейтрино требует более точного понимания того, какое влияние оказали эти частицы на распределение материи по вселенной и формирование крупных и мелких нитей паутины Вселенной. Без этих знаний ученые не смогут интерпретировать полученные данные, так как у них не будет понимания, насколько они точны.

Физики из России разработали способ, который сможет решить этот вопрос. Ученые создали алгоритм, упрощающий ведение расчетов и позволяющий применять для подобного анализа сложные методы статистики, которые применяются при исследовании случайных процессов. Благодаря этому ученые также смогли оценить, насколько точными будут замеры массы нейтрино по данным Euclid.

Выяснилось, что обсерватория сможет наиболее точно измерить массу нейтрино – около 13 миллиэлектронвольт (мэВ). Отмечается, что данный показатель гораздо выше, чем планируемая точность замеров, которые сейчас проводятся на установке KATRIN исследователями из России и Германии. Также он будет более точным по сравнению с существующими сейчас космологическими замерами. Ученые надеются, что это позволит разгадать загадку нулевой массы нейтрино.