Tutkijat kertovat uusia yksityiskohtia salaperäisestä 'haamuhiukkasesta'

(CNN) Neutriinot, niin sanotut ”haamuhiukkaset”, jotka ovat levittäytyneet eri puolille maailmankaikkeutta, voivat uuden tutkimuksen mukaan olla 10 miljoonaa kertaa kevyempiä kuin elektronin massa.

Neutriinoista käytetään nimitystä aavehiukkaset, koska ne ovat äärimmäisen haihtuvia eli höyryäviä kosmisia hiukkasia, jotka voivat kulkea minkä tahansa aineen läpi muuttumatta. Niillä ei ole juuri lainkaan massaa — mutta nyt tutkijat ovat laskeneet kevyimmän neutriinotyypin massan.

Neutriinot voivat kulkea äärimmäisten ympäristöjen, kuten tähtien, planeettojen ja kokonaisten galaksien, läpi ja pysyä muuttumattomina. Mutta neutriinoilla, vaikka ne ovatkin erittäin energisiä, ei ole varausta. Edes voimakkain magneettikenttä ei voi vaikuttaa niihin.

Viime vuonna tiedemiehet pystyivät ensimmäistä kertaa jäljittämään suurienergisen, pienen neutriinon alkuperän. Se matkasi 3,7 miljardin valovuoden päähän Maahan. Sen löysivät syvällä Etelämantereen jäässä olevat anturit IceCube-ilmaisimessa.

Tutkijat ja observatoriot ympäri maailmaa pystyivät jäljittämään neutriinon galaksiin, jonka keskustassa on supermassiivinen, nopeasti pyörivä musta aukko, jota kutsutaan blazariksi. Galaksi sijaitsee Orionin tähdistössä Orionin olkapään vasemmalla puolella ja on noin 4 miljardin valovuoden päässä Maasta.

Erilaiset neutriinotyypit näkyvät kolmena eri massana, mutta kevyin niistä oli tähän asti tuntematon. Eivätkä tähtitieteilijät tiedä vieläkään paljon muuta näiden kolmen tyypin eroista.

Tutkimus julkaistiin torstaina Physical Review Letters -lehdessä.

”Sata miljardia neutriinoa lentää peukalon läpi Auringosta joka sekunti, jopa yöllä”, sanoi Arthur Loureiro, tutkimuksen kirjoittaja ja PHd-opiskelija Lontoon University College Londonin fysiikan & tähtitieteen osastolla. ”Nämä ovat hyvin heikosti vuorovaikutteisia aaveita, joista tiedämme vain vähän. Sen tiedämme, että liikkuessaan ne voivat vaihtaa kolmen makunsa välillä, ja tämä voi tapahtua vain, jos vähintään kaksi niiden massoista on nollasta poikkeavia.”

Kolmen eri massan sekoittuminen on kuin sekoittaisi jäätelön makuja, hän sanoi.

”Kolmea makua voi verrata jäätelöön, jossa on yksi kauha, jossa on mansikkaa, suklaata ja vaniljaa”

, Loureiro sanoi. ”Kolme makua on aina läsnä, mutta eri suhteissa, ja muuttuva suhde – ja hiukkasen outo käyttäytyminen – voidaan selittää vain sillä, että neutriinoilla on massa.”

Ajatus siitä, että neutriinoilla on massa, toi tutkijoille Takaaki Kajitalle ja Arthur McDonaldille fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 2015.

Laskettaessa kevyimmänkin neutriinon pientä massaa käytettiin dataa, joka oli saatu hiukkasfyysikoiden ja kosmologien keräämässä aineistossa, joka oli kerätty miljoonasta galaksista. Näin he pystyivät mittaamaan maailmankaikkeuden laajenemisnopeutta. Neutriinot ovat yleisiä maailmankaikkeudessa, mutta niitä on vaikea havaita. Tutkijat tarvitsivat mahdollisimman paljon dataa, jotta heillä olisi kaikki edut tutkimuksessaan.

”Käytimme tietoja monista eri lähteistä, kuten avaruus- ja maateleskoopeista, jotka havainnoivat maailmankaikkeuden ensimmäistä valoa, räjähtävistä tähdistä, maailmankaikkeuden suurimmasta 3D-kartasta galakseja, hiukkaskiihdyttimistä, ydinreaktoreista ja monista muista lähteistä”, Loureiro sanoi.”Koska neutriinoja on runsaasti, mutta ne ovat pieniä ja vaikeasti havaittavia, tarvitsimme kaiken saatavilla olevan tiedon niiden massan laskemiseen, ja menetelmäämme voidaan soveltaa muihin suuriin kysymyksiin, jotka askarruttavat niin kosmologeja kuin hiukkasfyysikoitakin.”

Lontoon University College Londonissa sijaitsevan Grace-nimellä tunnetun supertietokoneen avulla tutkijat pystyivät luomaan matemaattisen mallin. Supertietokone murskasi puoli miljoonaa laskentatuntia, mikä olisi vienyt yhdellä prosessorilla 60 vuotta.

Tutkijat havaitsivat massan olevan 10 miljoonaa kertaa elektronia kevyempi. Tämän massan laskeminen voi auttaa tutkijoita, jotka tutkivat pimeää ainetta, pimeää energiaa ja maailmankaikkeuden rakennetta.