Нейтринный фон мог бы многое рассказать нам о Вселенной
Читатели Universe Today, вероятно, уже знакомы с концепцией космического микроволнового фона (CMB). Его счастливое открытие парой радиоастрономов из Bell Labs стало предметом астрономической легенды. За последние десятилетия он позволил многое понять о Большом взрыве и происхождении нашей Вселенной. Но есть другой, менее известный фоновый сигнал, который может быть столь же революционным - или, по крайней мере, мы думаем, что он есть. Космический нейтринный фон (CvB) был установлен в течение многих лет, но до сих пор не найден, главным образом потому, что нейтрино, как известно, трудно обнаружить. Теперь в статье профессора Дугласа Скотта из Университета Британской Колумбии, разработанной в рамках летней школы по нейтрино, проводимой Международной школой физики астрочастиц в итальянском городе Варенна, обсуждается, что мы потенциально могли бы узнать, если бы нам в конечном итоге удалось обнаружить CvB.
Статья написана в причудливом стиле и была опубликована на arXiv, поэтому неясно, будет ли она официально подвергнута рецензированию (или рецензенты удалят фотографию "слона в комнате"). Однако, хотя она затрагивает некоторые продвинутые математические аспекты, в основном она фокусируется на потенциальных вещах, которые мы можем извлечь из анализа CvB. Неудивительно, что многие из этих фактов имеют непосредственное отношение к нейтрино. Мы все еще многого о них не знаем, как указывает доктор Скотт в своем введении. Почему существует три типа? Как они соотносятся друг с другом? И одна особенно болезненная вещь для физиков элементарных частиц - это то, каковы именно их массы.
CvB мог бы дать представление обо всех трех из этих вопросов и даже больше о формировании галактик и самом Большом взрыве. Во-первых, давайте рассмотрим массу нейтрино. Один из самых больших вопросов, касающихся веса, заключается в том, относятся ли массы трех типов нейтрино к "нормальной" или "перевернутой" иерархии. Эти два состояния изменяют, какой из трех типов является "наименьшим". В обычной иерархии масса третьего типа нейтрино намного больше массы двух других, которые почти равны. В перевернутой иерархии массы первых двух типов по-прежнему эквивалентны, но гораздо более массивны, чем у третьего типа. Как только данные будут собраны на CvB, астрономы смогут проанализировать ожидаемую форму сигналов, основываясь на предположении о любой иерархии, но выяснить, какая из них лучше соответствует наблюдаемым данным. Это достаточно просто с астрономической точки зрения, но сбор этих данных по-прежнему остается сложной частью. Однако, если мы сможем сузить число эквивалентных масс нейтрино, мы потенциально могли бы вычислить еще один фундаментальный космологический параметр — сумму всех их масс.
Хотя до достижения этой долгосрочной цели еще далеко, на некоторые более масштабные вопросы можно было бы ответить, просто поняв CvB в более общем плане. Измерения CvB также могут быть осложнены нейтрино из других источников, например, из других галактик. Если бы мы поняли параметры самого CvB, мы могли бы исключить эту часть сигнала, что позволило бы нам более тщательно проанализировать нейтрино, которые первоначально испускались галактиками за пределами нашей собственной. Обладая таким пониманием, мы могли бы доказать или опровергнуть некоторые предположения о ранних стадиях формирования галактик, особенно относительно количества энергии, которую они излучают.
Учитывая, что нейтрино играют роль во всем, от нашего понимания темной материи до фундаментальных вопросов физики элементарных частиц, естественно, что более чем одна дисциплина пытается определить эти факторы для себя. Физики элементарных частиц, которые полагаются на высокоэнергетические столкновения в ускорителях частиц, а не на случайные столкновения нейтрино, создаваемых параллельно Вселенной, также стремятся понять их массу. Д-р. Скотт считает, что сотрудничество между астрономами, стремящимися раскрыть секреты CvB, и физиками элементарных частиц, надеющимися с нуля обосновать характеристики этих неуловимых частиц, могло бы быть полезным. Провести несколько недель на итальянской вилле, обсуждая нюансы их сфер деятельности, безусловно, звучит как отличный способ начать это сотрудничество.
