Kosmologer - og ikke partikelfysikere - kunne være dem, der til sidst måler massen af den undvigende neutrinopartikel. En gruppe kosmologer har foretaget deres mest nøjagtige måling endnu af massen af disse mystiske såkaldte "spøgelsespartikler." De brugte ikke en kæmpe partikeldetektor, men brugte data fra den største undersøgelse nogensinde af galakser, Sloan Digital Sky Survey. Mens tidligere eksperimenter havde vist, at neutrinoer har en masse, antages det at være så lille, at det var meget svært at måle. Men når man ser på Sloan-dataene om galakser, anbragte ph.d.-studerende Shawn Thomas og hans rådgivere ved University College London massen af et neutrino højst 0,28 elektronvolt, hvilket er mindre end en milliarddel af massen af et enkelt hydrogenatom. Dette er en af de mest nøjagtige målinger af massen af en neutrino indtil videre.
Deres arbejde er baseret på princippet om, at den enorme overflod af neutrinoer (der er billioner, der passerer igennem dig lige nu) har en stor kumulativ effekt på kosmos, som naturligt bliver til "klumper" af grupper og galakser. Da neutrinoer er ekstremt lette, bevæger de sig over universet med store hastigheder, hvilket har effekten af at udjævne denne naturlige "klumphed" af stof. Ved at analysere fordeling af galakser over universet (dvs. omfanget af denne "udjævning" af galakser) er videnskabsmænd i stand til at udarbejde de øvre grænser for neutrino-masse.
En neutrino er i stand til at passere gennem et lysår - omkring seks billioner miles - af bly uden at ramme et enkelt atom.
Centralt i denne nye beregning er eksistensen af det største nogensinde 3D-kort over galakser, kaldet Mega Z, der dækker over 700.000 galakser optaget af Sloan Digital Sky Survey og tillader målinger over store strækninger af det kendte univers.
”Af alle de hypotetiske kandidater til det mystiske Dark Matter er neutrinoer hidtil det eneste eksempel på mørkt stof, der faktisk findes i naturen,” sagde Ofer Lahav, leder af UCLs Astrofysikgruppe. ”Det er bemærkelsesværdigt, at fordelingen af galakser i store skalaer kan fortælle os om massen af de små neutrinoer.”
Kosmologerne ved UCL kunne estimere afstande til galakser ved hjælp af en ny metode, der måler farven på hver af galakserne. Ved at kombinere dette enorme galakskort med information fra temperatursvingningerne i efterglødet fra Big Bang, kaldet den kosmiske mikrobølgebakgrundsstråling, var de i stand til at sætte en af de mindste øvre grænser for størrelsen på neutrinopartiklen til dato.
”Selvom neutrinoer udgør mindre end 1% af al materie, udgør de en vigtig del af den kosmologiske model,” sagde Dr. Shaun Thomas. ”Det er fascinerende, at de mest undvigende og bittesmå partikler kan have en sådan effekt på universet.”
”Dette er en af de mest effektive teknikker til rådighed til måling af neutrino-masserne,” sagde Dr. Filipe Abadlla. ”Dette håber meget på endelig at få en måling af neutrino-massen i de kommende år.”
Forfatterne er sikre på, at en større undersøgelse af universet, såsom den, de arbejder på, kaldet den internationale Dark Energy Survey, vil give en endnu mere nøjagtig vægt for neutrinoen, potentielt ved en øvre grænse på kun 0,1 elektronvolt.
Resultaterne offentliggøres i tidsskriftet Physical Review Letters.
Kilde: University College London
