Tudósok új részleteket osztottak meg a rejtélyes 'szellemrészecskéről'

(CNN) A neutrínók, az univerzumban szétszóródott úgynevezett “szellemrészecskék” egy új tanulmány szerint 10 milliószor könnyebbek lehetnek, mint egy elektron tömege.

A neutrínókat azért nevezik szellemnek, mert rendkívül illékony, vagyis párolgó kozmikus részecskék, amelyek bármilyen anyagon képesek áthaladni anélkül, hogy megváltoznának. Szinte nincs tömegük — de most a tudósok kiszámították a neutrínók legkönnyebb típusának tömegét.

A neutrínók a legszélsőségesebb környezeteken, például csillagokon, bolygókon és egész galaxisokon is képesek áthaladni, és változatlanok maradnak. A neutrínóknak azonban, bár nagy energiájúak, nincs töltésük. Még a legerősebb mágneses mező sem képes hatni rájuk.

Tavaly a tudósok először tudták nyomon követni egy nagyenergiájú, apró neutrínó eredetét. Ez 3,7 milliárd fényévnyire utazott a Földig. Az IceCube detektorban az antarktiszi jég mélyén lévő érzékelők találták meg.

A tudósok és az obszervatóriumok világszerte képesek voltak a neutrínót egy olyan galaxisig követni, amelynek középpontjában egy szupermasszív, gyorsan forgó fekete lyuk, az úgynevezett blazár található. A galaxis az Orion csillagképben az Orion vállától balra helyezkedik el, és mintegy 4 milliárd fényévre van a Földtől.

A neutrínók különböző típusai három különböző tömegűként jelennek meg, de a legkönnyebbet eddig nem ismerték. És a csillagászok még mindig nem sokat tudnak a három típus különbségeiről.

A tanulmány csütörtökön jelent meg a Physical Review Letters című folyóiratban.

“Százmilliárd neutrínó repül át a hüvelykujjunkon a Napból másodpercenként, még éjszaka is” – mondta Arthur Loureiro, a tanulmány szerzője, a University College London fizika & csillagászati tanszékének PHd hallgatója. “Ezek nagyon gyengén interaktív szellemek, amelyekről keveset tudunk. Amit tudunk, az az, hogy mozgásuk során képesek váltani a három ízük között, és ez csak akkor történhet meg, ha legalább két tömegük nem nulla.”

A három különböző tömeg keveredése olyan, mintha fagylalt ízeket kevernénk, mondta.”

“A három ízt a fagylalthoz lehet hasonlítani, ahol egy gombócban eper, csokoládé és vanília van” – mondta Loureiro. “A három íz mindig jelen van, de különböző arányban, és a változó arány – és a részecske furcsa viselkedése – csak azzal magyarázható, hogy a neutrínóknak van tömegük.”

A tömeggel rendelkező neutrínók ötletéért Takaaki Kajita és Arthur McDonald tudósok 2015-ben fizikai Nobel-díjat kaptak.

A legkönnyebb neutrínó alacsony tömegének kiszámításához 1,1 millió galaxis adatait használták fel, amelyeket részecskefizikusok és kozmológusok gyűjtöttek. Ez lehetővé tette számukra, hogy megmérjék a világegyetem tágulási sebességét. A neutrínók elterjedtek a világegyetemben, de nehéz észrevenni őket. A tudósoknak a lehető legtöbb adatra volt szükségük, hogy minden előnnyel rendelkezzenek a kutatásuk során.

“A legkülönbözőbb forrásokból származó információkat használtuk fel, beleértve a világegyetem első fényét megfigyelő űr- és földi teleszkópokat, felrobbanó csillagokat, a világegyetem galaxisainak legnagyobb 3D-s térképét, részecskegyorsítókat, atomreaktorokat és még sok mást” – mondta Loureiro.”Mivel a neutrínók nagy mennyiségben fordulnak elő, de aprók és megfoghatatlanok, a tömegük kiszámításához minden rendelkezésre álló tudásra szükségünk volt, és a módszerünket más nagy kérdésekre is alkalmazni lehet, amelyek a kozmológusokat és a részecskefizikusokat egyaránt foglalkoztatják.”

A University College London Grace néven ismert szuperszámítógépe lehetővé tette a kutatók számára a matematikai modell elkészítését. A szuperszámítógép félmillió számítási órát zúzott le, ami egyetlen processzoron 60 évet vett volna igénybe.

A kutatók felfedezték, hogy a tömeg 10 milliószor könnyebb, mint egy elektron. Ennek a tömegnek a kiszámítása segíthet azoknak a kutatóknak, akik a sötét anyagot, a sötét energiát és az univerzum szerkezetét tanulmányozzák.