Vetenskapsmän delar nya detaljer om mystisk 'spökepartikel'

(CNN) Neutrinos, så kallade ”spökepartiklar” som sprids i universum, kan vara 10 miljoner gånger lättare än en elektrons massa, enligt en ny studie.

Neutrinos kallas spökpartiklar eftersom de är extremt flyktiga, eller ångformiga, kosmiska partiklar som kan passera genom all slags materia utan att förändras. De har nästan ingen massa — men nu har forskare beräknat massan hos den lättaste typen av neutrino.

De kan färdas genom de mest extrema miljöer, som stjärnor, planeter och hela galaxer, utan att förändras. Men neutriner har ingen laddning, även om de är mycket energirika. Inte ens det kraftigaste magnetfältet kan påverka dem.

Förra året kunde forskare för första gången spåra ursprunget till en högenergisk, liten neutrino. Den färdades 3,7 miljarder ljusår till jorden. Den hittades av sensorer djupt inne i Antarktis is i IceCube-detektorn.

Forskare och observatorier runt om i världen kunde spåra neutrinon till en galax med ett supermassivt, snabbt snurrande svart hål i centrum, en så kallad blazar. Galaxen ligger till vänster om Orions axel i hans stjärnbild och är cirka 4 miljarder ljusår från jorden.

Olika typer av neutriner uppträder som tre olika massor, men den lättaste var hittills okänd. Och astronomer vet fortfarande inte mycket mer om skillnaderna mellan dessa tre typer.

Studien publicerades i torsdags i tidskriften Physical Review Letters.

”Hundra miljarder neutriner flyger genom din tumme från solen varje sekund, till och med på natten”, säger Arthur Loureiro, författare till studien och PHd-student vid University College Londons avdelning för fysik &astronomi. ”Dessa är mycket svagt interaktiva spöken som vi vet lite om. Det vi vet är att när de rör sig kan de växla mellan sina tre smaker, och detta kan bara ske om minst två av deras massor inte är noll.”

Mixen av tre olika massor är som att blanda glasssmaker, sade han.

”De tre smakerna kan jämföras med glass där du har en skopa som innehåller jordgubbar, choklad och vanilj”, sade Loureiro. ”Tre smaker är alltid närvarande men i olika proportioner, och den förändrade proportionen – och partikelns konstiga beteende – kan bara förklaras av att neutriner har en massa.”

Tanken på att neutriner har en massa gav forskarna Takaaki Kajita och Arthur McDonald 2015 års Nobelpris i fysik.

För att beräkna den lättaste neutrinons låga massa användes data från 1,1 miljoner galaxer som samlats in av partikelfysiker och kosmologer. Detta gjorde det möjligt för dem att mäta universums expansionshastighet. Neutrinos är vanligt förekommande i universum, men svåra att upptäcka. Forskarna behövde så mycket data som möjligt för att ha alla fördelar i sin forskning.

”Vi använde information från en mängd olika källor, inklusive rymd- och markbaserade teleskop som observerar universums första ljus, exploderande stjärnor, den största 3D-kartan över galaxer i universum, partikelacceleratorer, kärnreaktorer med mera”, säger Loureiro.”Eftersom neutriner är rikliga men små och svårfångade behövde vi all tillgänglig kunskap för att beräkna deras massa, och vår metod kan tillämpas på andra stora frågor som förbryllar både kosmologer och partikelfysiker.”

Superdatorn, känd som Grace, vid University College London gjorde det möjligt för forskarna att skapa en matematisk modell. Superdatorn krystade en halv miljon beräkningstimmar, vilket skulle ha tagit 60 år på en enda processor.

Forskarna upptäckte att massan var 10 miljoner gånger lättare än en elektron. Att beräkna denna massa kan hjälpa forskare som studerar mörk materia, mörk energi och universums struktur.