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中微子或具有质量 可解释宇宙谜团重要性被小瞧

http://www.kexue.com 2014-02-13 11:52:39 中国科技网  发表评论


中微子或许是统一真实宇宙与模型差异的关键

  通过分析普朗克卫星的最新观测数据和对引力透镜效应的测量,一个英国研究小组发现中微子质量比先前人们认为的要重得多。这也是使用宇宙大爆炸理论和时空曲率首次准确测量到这种基本粒子的质量。该研究有望加深人们对亚原子世界的理解,解决困扰现有宇宙模型的多个难题。相关论文发表在《物理评论快报》上,并被选为“编辑精选”。

  目前科学家普遍认为,宇宙微波背景辐射产生于宇宙大爆炸,是大爆炸的“余烬”,均匀分布于整个宇宙空间,可以被看作是宇宙中最古老的光。对宇宙微波背景辐射的研究能够让科学家精确地测量宇宙的各种基本参数,如宇宙的年龄,物质与暗物质的数量等。

  但是,在一些大尺度结构,如星系分布上,这一方法却出现前后不一。研究人员发现,普朗克卫星最近观测到的宇宙微波背景的“高亮”区域与目前宇宙学的结论和预测存在一定差异。

  英国诺丁汉大学物理和天文学学院的亚当-莫斯博士说:“按照普朗克卫星的观测结果,我们看到的星系团比原以为的要少,并且引力透镜效应所产生的信号也要比宇宙微波背景辐射要弱。能够解释这种差异的一种可能就是中微子具有质量。因为,大量具有质量的中微子会抑制这种致密结构增长,而这是导致星系团增加的主要原因。”

  中微子与其他物质的相互作用力非常弱,因此非常难以对其进行研究。根据爱因斯坦的相对论,它们最初被认为是没有质量的,但实际情况是它们不但有质量还具有3种不同类型——电子中微子、μ子中微子和τ子中微子。在振动中3种类型的中微子还可以相互变异。这些不同类型中微子质量的总和,此前被认为约为0.06电子伏特,还不及质子的十亿分之一。

  莫斯和英国曼彻斯特大学的理查德-巴蒂教授根据普朗克卫星的数据和时空曲率进一步推断,导致这些差异的原因是比目前宇宙模型中更重的中微子。他们估算3种类型中微子的总质量应为0.320±0.081电子伏特,远大于此前的数值。

  巴蒂说,如果该结论被进一步分析证实,其意义将不仅仅是增进了粒子物理学家对亚原子世界的认识,还将是对已经发展了近10年的现有宇宙学标准模型的重要延展和补充。

  当年物理学家预言中微子的时候,说它没有质量,而且无法测量。后来发现,尽管中微子很飘渺,但还是有点分量的。而且中微子也确实被人们测量到了,尽管它穿过一切物体,却基本上不产生任何效应。物理学家想了各种各样的招数去捕获它,有的在山洞里设置“游泳池”,有的在南极几千米厚的冰层中钻洞。科学家这么重视中微子是有理由的,宇宙终极问题之一——正反物质不对等之谜,就要靠研究中微子性质来揭开。

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