通過(guò)引力透鏡效應(yīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)中微子比先前認(rèn)知要重得多
通過(guò)分析普朗克衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)和對(duì)引力透鏡效應(yīng)的測(cè)量，一個(gè)英國(guó)研究小組發(fā)現(xiàn)中微子質(zhì)量比先前人們認(rèn)為的要重得多。這也是使用宇宙大爆炸理論和時(shí)空曲率準(zhǔn)確測(cè)量到這種基本粒子的質(zhì)量。該研究有望加深人們對(duì)亞原子世界的理解，解決困擾現(xiàn)有宇宙模型的多個(gè)難題。相關(guān)論文發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上，并被選為“編輯精選”。
目前科學(xué)家普遍認(rèn)為，宇宙微波背景輻射產(chǎn)生于宇宙大爆炸，是大爆炸的“余燼”，均勻分布于整個(gè)宇宙空間，可以被看作是宇宙中zui古老的光。對(duì)宇宙微波背景輻射的研究能夠讓科學(xué)家地測(cè)量宇宙的各種基本參數(shù)，如宇宙的年齡，物質(zhì)與暗物質(zhì)的數(shù)量等。
但是，在一些大尺度結(jié)構(gòu)，如星系分布上，這一方法卻出現(xiàn)前后不一。研究人員發(fā)現(xiàn)，普朗克衛(wèi)星zui近觀測(cè)到的宇宙微波背景的“高亮”區(qū)域與目前宇宙學(xué)的結(jié)論和預(yù)測(cè)存在一定差異。
英國(guó)諾丁漢大學(xué)物理和天文學(xué)學(xué)院的亞當(dāng)·莫斯博士說(shuō)：“按照普朗克衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果，我們看到的星系團(tuán)比原以為的要少，并且引力透鏡效應(yīng)所產(chǎn)生的信號(hào)也要比宇宙微波背景輻射要弱。能夠解釋這種差異的一種可能就是中微子具有質(zhì)量。因?yàn)椋罅烤哂匈|(zhì)量的中微子會(huì)抑制這種致密結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)，而這是導(dǎo)致星系團(tuán)增加的主要原因。”
中微子與其他物質(zhì)的相互作用力非常弱，因此非常難以對(duì)其進(jìn)行研究。根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，它們zui初被認(rèn)為是沒(méi)有質(zhì)量的，但實(shí)際情況是它們不但有質(zhì)量還具有3種不同類(lèi)型——電子中微子、μ子中微子和τ子中微子。在振動(dòng)中3種類(lèi)型的中微子還可以相互變異。這些不同類(lèi)型中微子質(zhì)量的總和，此前被認(rèn)為約為 0.06電子伏特，還不及質(zhì)子的十億分之一。
莫斯和英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的理查德·巴蒂教授根據(jù)普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)和時(shí)空曲率進(jìn)一步推斷，導(dǎo)致這些差異的原因是比目前宇宙模型中更重的中微子。他們估算3種類(lèi)型中微子的總質(zhì)量應(yīng)為0.320±0.081電子伏特，遠(yuǎn)大于此前的數(shù)值。
巴蒂說(shuō)，如果該結(jié)論被進(jìn)一步分析證實(shí)，其意義將不僅僅是增進(jìn)了粒子物理學(xué)家對(duì)亞原子世界的認(rèn)識(shí)，還將是對(duì)已經(jīng)發(fā)展了近10年的現(xiàn)有宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的重要延展和補(bǔ)充。
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