Российские ученые поняли, как создать темную материю из нейтрино

9 Ноября 2017

МОСКВА, 8 ноября Ученые из Института ядерных исследований РАН сформулировали новую физическую модель, которая позволяет создавать необходимое для исследований количество темной мануфактуры из нейтрино. Работа протеснилась в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, а ее результаты были опубликованы в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) и представлены на конференции 6th International Conference on New Frontiers in Physics.

Нейтрино – это фундаментальные доли, не имеющие электрического детонатора (нейтральные). Нейтрино участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях, потому, что интенсивность их взаимодействия с чем-либо очень низкая. Нейтрино бывают левыми и правыми. Правыми называются стерильные нейтрино, они, в отличие от других, не содержатся в Стандартной модели и не взаимодействуют с частицами – переносчиками фундаментальных взаимодействий природы (калибровочными бозонами). При этом стерильные нейтрино смешиваются с активными нейтрино, которые являются левыми долями и присутствуют в Стандартной модели. К активным нейтрино отнесутся все виды нейтрино, кроме стерильных.

Ученые провели исследование спектральной линии рентгеновского диапазона, не так давно обнаруженной в излучении от целого ряда скоплений галактик. Эта линия идёт фотонам с энергией 3, 55 кэВ. Обычно это предвещало бы, что эти атомы излучают эти фотоны за счет перехода электрона с одного уровня на другой, однако, веществ с разницей перехода между уровнями 3, 55 кэВ в природе не существует. Ученые предположили, что эта рентгеновская линия могла появиться из-за распада стерильного нейтрино на фотон и активное нейтрино. Так творцы определили, что масса стерильного нейтрино была равна примерно 7, 1 кэВ. Для сравнения, масса протона составляет 938 272 кэВ.

Стерильные нейтрино могут быть обнаружены в таких наземных лабораториях, как Троицк ню-масс и KATRIN. Эти установки нацелены на поиск стерильных нейтрино с помощью радиоактивного распада трития ( тяжелого изотопа элемента 3H). На установке Троицк ню-масс, находящейся в городе Троицк Московской области, получены самые сильные ограничения на квадрат угла смешивания. Угол смешивания – это растяжимая величина, которая характеризует амплитуду перехода нейтрино из одного состояния в другое. Измеряемой же величиной служит квадрат этого приюта, так как он квалифицирует вероятность перехода в единичном акте взаимодействия.

В настоящей работе предложена модель, в которой осцилляции, то есть появление, стерильных нейтрино начинаются не на ранних этапах эволюции Вселенной, а гораздо позже. Это приводит к тому, что стерильных нейтрино производится меньше, а, значит, угол смешивания может быть большого. Достигается это за счет изменений в скрытом секторе. Скрытый сектор модели состоит из стерильных нейтрино и скалярного поля. Скалярное поле отвечает за качественное изменение (фазовый переход) структуры сектора. Рождение стерильных нейтрино возможно только посланце этого фазового перехода. Поэтому в нашей модели стерильных нейтрино рождается меньше, что разрешает тем самым произвести нужное количество темной материи из стерильного нейтрино с массой порядка килоэлектронвольт с большим квадратом угла смешивания вплоть до 10-3, рассказал один из авторов статьи Антон Чудайкин, стажер-исследователь Института ядерных исследований РАН.

Как отмечают ученые, сама возможность производства полезного количества темной материи из нейтрино определенной массы представляет интерес с точки зрения космологии.

Дело в том, что ранее холодная темная материя, полностью состоящая из тяжелых и малоподвижных частиц, никак не препятствующих образованию карликовых галактик, хорошо описывала весь набор экспериментальных таких. С совершенствованием эксперимента выяснилось, что на самом деле таких галактик меньше, чем предполагалось. Это значит, что темная материя, статочнее всего, не вся холодная, в ней есть просини теплой темной материи, которая состоит из более быстрых и легких частиц. Получается, что теория и результаты исследований разошлись, и ученым полезного было объяснить, почему так произошло. Они сделали ответ, что в темной мануфактуры содержится небольшая доля легких стерильных нейтрино, которая и объясняет дефицит карликовых галактик-спутников.

Легкие стерильные нейтрино, однако, не могут составлять всю темную материю. Последние исследования в этой области говорят, что доля легкой компоненты в общей плотности темной материи сегодня не должна превышать 35%.

Полученный в будущем положительный знак с любой из этих установок, возможно, будет резоном в пользу предложенной модели, что приведет к качественно новому пониманию природы частиц темной мануфактуры во Вселенной, заключил ученый.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Московского физико-технического института и Манчестерского университета (Великобритания).

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Российские ученые поняли, как создать темную материю из нейтрино

комментарии (0)

Другие интересные новости

Умер режиссер Федор Петрухин