«Планк» утяжелил нейтрино

«Планк» утяжелил нейтрино

Адам Мосс (Adam Moss) из Ноттингемского университета (Великобритания) описывает картину так: «Мы наблюдаем меньше скоплений галактик, чем ожидалось, исходя из результатов «Планка». Признаки гравитационного линзирования далёкими галактиками тоже слабее того, что можно было получить, оперируя реликтовым излучением».

Несмотря на детекторы титанических размеров, исследовать нейтрино на Земле очень непросто, поэтому, чтобы наложить верхние ограничения на их массу, требуется сопоставление с результатами дальних астрономических наблюдений. (Здесь и ниже иллюстрации NASA / ESA.)

Как разрешить эти противоречия? Учёный предполагает, что ответом могли бы стать особо массивные нейтрино. Хотя идея наличия у этой частицы массы была выдвинута советским физиком Бруно Понтекорво в середине прошлого века, ключевым (и не до конца прояснённым) остаётся именно вопрос о конкретном занижении этой массы.

Сегодня сумма масс различных типов нейтрино оценивается не менее чем в 0,06 эВ — что сильно меньше одной миллиардной массы протона. А вот верхние ограничения на сумму масс нейтрино находились на уровне 0,28 эВ. Такое нейтрино, увы, не может снять наблюдаемые расхождения. По оценкам Адама Мосса и Ричарда Бэтти (Richard Battye), представляющего Манчестерский университет (Великобритания), верхние ограничения такого рода, также выводимые из космологических наблюдений, не вполне надёжны. Но анализ недавних данных космического телескопа «Планк» и их сопоставление с наблюдениями гравитационного линзирования далёкими галактиками позволили учёным наложить верхние ограничения на сумму масс нейтрино в районе 0,320 ± 0,081 эВ в случае модели с тремя активными разновидностями нейтрино. Более того, как подчёркивают авторы, дополнительный вклад в массу нейтрино во Вселенной могут вносить стерильные нейтрино, не взаимодействующие напрямую со Стандартной моделью.

В этом случае наблюдаемые противоречия гравитационного линзирования далёких галактик и аномалий реликтового излучения, вскрытые «Планком», должны естественным образом сниматься: распределённые по Вселенной массивные нейтрино могут сильно влиять на лучи света, идущие через них к земному наблюдателю, то есть подвергать гравитационному линзированию наблюдаемые астрономами далёкие объекты, что и ведёт к странностям в данных космической обсерватории.

Итоги деятельности «Планка» могли быть искажены некими техническими проблемам с калибровкой, однако полностью списать на них полученные результаты сложно.

«Если наши результаты выдержат дальнейшую проверку, они не только значительно продвинут понимание мира субатомных частиц, но и значительно дополнят стандартную модель космологии», — заключают авторы работы.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринт доступен здесь.

Подготовлено по материалам Ноттингемского университета.