Scientists share new details about mysterious 'ghost particle'

(CNN) Neutrina, tak zwane „cząstki widma” rozproszone po wszechświecie, mogą być 10 milionów razy lżejsze niż masa elektronu, według nowego badania.

Neutrina są określane jako widmowe, ponieważ są niezwykle lotnymi, lub parującymi, cząstkami kosmicznymi, które mogą przechodzić przez każdy rodzaj materii bez zmiany. Nie mają one prawie żadnej masy — ale teraz naukowcy obliczyli masę najlżejszego typu neutrina.

Mogą one podróżować przez najbardziej ekstremalne środowiska, takie jak gwiazdy, planety i całe galaktyki, i pozostać niezmienione. Ale neutrina, choć bardzo energetyczne, nie mają ładunku. Nie może na nie wpłynąć nawet najpotężniejsze pole magnetyczne.

W ubiegłym roku naukowcy po raz pierwszy byli w stanie prześledzić pochodzenie wysokoenergetycznego, maleńkiego neutrina. Przebyło ono drogę do Ziemi o długości 3,7 miliarda lat świetlnych. Zostało znalezione przez czujniki umieszczone głęboko w antarktycznym lodzie w detektorze IceCube.

Naukowcy i obserwatoria na całym świecie były w stanie wyśledzić neutrino do galaktyki z supermasywną, szybko wirującą czarną dziurą w jej centrum, znaną jako blazar. Galaktyka znajduje się na lewo od ramienia Oriona w jego konstelacji i jest oddalona od Ziemi o około 4 miliardy lat świetlnych.

Różne rodzaje neutrin pojawiają się jako trzy różne masy, ale najlżejsze z nich było do tej pory nieznane. A astronomowie wciąż nie wiedzą wiele więcej o różnicach w tych trzech typach.

Badania opublikowane w czwartek w czasopiśmie Physical Review Letters.

„Sto miliardów neutrin przelatuje przez twój kciuk od Słońca w każdej sekundzie, nawet w nocy”, powiedział Arthur Loureiro, autor badania i student PHd na wydziale Fizyki & Astronomii University College London. „Są to bardzo słabo interaktywne duchy, o których niewiele wiemy. Co wiemy jest to, że jak się poruszają, mogą zmieniać się między swoimi trzema smakami, a to może się zdarzyć tylko wtedy, gdy co najmniej dwie z ich mas są niezerowe.”

Mieszanka trzech różnych mas jest jak mieszanie smaków lodów, powiedział.

„Trzy smaki można porównać do lodów, gdzie masz jedną gałkę zawierającą truskawkę, czekoladę i wanilię”, powiedział Loureiro. „Trzy smaki są zawsze obecne, ale w różnych proporcjach, a zmieniający się stosunek – i dziwne zachowanie cząstki – może być wyjaśnione tylko przez neutrina posiadające masę.”

Pomysł neutrin posiadających masę przyniósł naukowcom Takaaki Kajicie i Arthurowi McDonaldowi Nagrodę Nobla z fizyki w 2015 roku.

W celu obliczenia niskiej masy najlżejszego neutrina wykorzystano dane z 1,1 miliona galaktyk zebrane przez fizyków cząstek i kosmologów. Pozwoliło im to zmierzyć tempo rozszerzania się wszechświata. Neutrina są powszechne we wszechświecie, ale trudne do wykrycia. Naukowcy potrzebowali jak najwięcej danych, aby mieć przewagę w swoich badaniach.

„Użyliśmy informacji z różnych źródeł, w tym kosmicznych i naziemnych teleskopów obserwujących pierwsze światło Wszechświata, eksplodujących gwiazd, największej trójwymiarowej mapy galaktyk we Wszechświecie, akceleratorów cząstek, reaktorów jądrowych i innych” – powiedział Loureiro.”Ponieważ neutrin jest dużo, ale są maleńkie i nieuchwytne, potrzebowaliśmy każdej dostępnej wiedzy, aby obliczyć ich masę, a nasza metoda może być zastosowana do innych wielkich pytań, które zastanawiają kosmologów i fizyków cząstek elementarnych.”

Superkomputer, znany jako Grace, w University College London pozwolił naukowcom stworzyć model matematyczny. Superkomputer wykonał pół miliona godzin obliczeń, co na pojedynczym procesorze zajęłoby 60 lat.

Badacze odkryli, że masa jest 10 milionów razy lżejsza od elektronu. Obliczenie tej masy może pomóc naukowcom, którzy badają ciemną materię, ciemną energię i strukturę wszechświata.