Zważono neutrino za pomocą… Wszechświata

Wynik symulacji kosmicznej ewolucji (Virgo Consortium)

Może się wydawać, że trudno o bardziej odległe dziedziny nauki niż fizyka cząstek elementarnych i kosmologia. W końcu jedna traktuje o tym, co najmniejsze, a druga zajmuje się strukturami wielkimi jak cały Wszechświat. Okazuje się jednak, że z mapy ogromnego fragmentu Uniwersum można odczytać niektóre cechy najmniejszych cegiełek materii…

Fizycy cząstek elementarnych nie ustają w rozwikłaniu tajemnicy neutrin. Choć te zagadkowe cząstki są bodaj najpospolitsze we Wszechświecie (cały czas przenikają ich biliony przez Twoje ciało), to bardzo trudno je badać, ponieważ prawie wcale nie oddziałują z materią.

Gorącym tematem jest zwłaszcza wartość masy pojedynczego neutrina*, o której wiadomo jedynie, że choć znikoma, musi być większa od zera. Doniosłość tej kwestii polega na tym, że fakt ten stoi w sprzeczności z najlepszą obecnie teorią budowy materii – tzw. Modelem Standardowym. Dlatego dokładne zważenie neutrina ma przetrzeć długo oczekiwany szlak do nowej, głębszej fizyki mikroświata.

Sukces fizyków! Neutrina jednak oscylują

Na pomoc fizykom cząstek niedawno przyszli kosmologowie, na łamach prestiżowego Physical Review Letters donosząc, że neutrina nie mogą ważyć więcej niż 0,28 elektronowolta. Elektronowolt (eV) stanowi powszechnie używaną w fizyce mikroświata jednostkę energii, a także masy. Dla porównania, proton ma masę ok. 938 MeV, czyli ponad 3 miliardy (!) razy więcej. To jedno z najlepszych górnych oszacowań masy neutrina znanych obecnie.

Ale w jaki sposób kosmologowie tego dokonali? Jak można zważyć cząstkę Wszechświatem?

Od końca lat 70. ubiegłego wieku astronomowie sporządzają trójwymiarową mapę Wszechświata. Odkryli oni, że w swojej największej skali składa się on ze zbudowanych z galaktyk, długich na setki milionów lat świetlnych włókien i ścian, pomiędzy którymi rozciągają się wielkie obszary kosmicznej pustki. Przekrój przez jedną z takich map, wykonanych w ramach projektu Sloan Digital Sky Survey (SDSS), przedstawia rysunek obok. Obrazuje ona rozkład galaktyk w promieniu 2 miliardów lat świetlnych, przy czym czarne wycinki nieba nie zostały objęte przeglądem ze względu na przysłaniającą widok Drogę Mleczną.

Uczeni dość dobrze znają dziś mechanizmy, które doprowadziły do wytworzenia się takiej gąbczastej megastruktury i potrafią je odtworzyć w symulacjach (por. rys. u góry artykułu). Zespół badaczy z londyńskiego University College zwrócił ostatnio uwagę, że gdy uwzględni się dodatkowy wpływ pola grawitacyjnego wytwarzanego przez wszechobecne neutrina o zbyt dużej masie, to powstałe w wyniku kosmicznej ewolucji włókna i ściany będą istotnie różnić się od tych odkrytych przez astronomów.

Reasumując, neutrina muszą być lżejsze od 0,28 eV, bo tylko wtedy nasz obecny model kosmologiczny ma szansę być poprawny. Autorzy odkrycia są przekonani, że dalsze postępy w międzygalaktycznej kartografii pozwolą jeszcze wyostrzyć to oszacowanie.

Sterylne neutrino ratuje Wszechświat

Warto poczynić na koniec uwagę natury filozoficznej. Przyroda stanowi jedną całość i również fizyka w całej różnorodności swoich działów musi ostatecznie stanowić spójny system. Nawet pozornie odległe składowe tego systemu przenikają się wzajemnie, toteż czasami, aby zbadać pojedynczą cząstkę, trzeba wyłączyć akcelerator, a sięgnąć po najsilniejsze teleskopy.

*W artykule mowa jest o tzw. neutrinie elektronowym, stanowiącym najprawdopodobniej najlżejszy z trzech znanych rodzajów tych cząstek.

Ciekawy artykuł? Podziel się nim ze znajomymi.

Tomasz Miller, 26 czerwca 2010, godz. 21:30

Kategoria posta: Aktualności, nauka

Źródło: Universe Today

Tagi: fizyka, kosmologia, kosmos, nauka, Neutrino, wszechświat

Regulamin komentowania

anonymous

Panie Miller, daloby rade kiedys przy jakies okazji skrobnac kilka slow o dlugosci Plancka, tak, zeby prosty rolnik taki jak ja to zrozumial? Trzebaby tylko jakiegos „malego” newsa wymyslic coby kontekst byl.
http://lopez.xaa.pl LopeZ

Eh..

To ma być ciekawy artykuł, a nie nudny wykład na uczelni. Dobrze, że są szczegóły, ale powinny być one jakoś jaśniej opisane.
Henryk

10 do minus 33. Uznaje się – co jest niepotwierdzone – że taki rozmiar mają struny, będące podstawową cząstką naszej rzeczywistości. Mniejszej odległości ponoć już nie ma. To bez newsa, ale w temacie :)
anonymous

Henryk, tyle to ja wiem, ale nie rozumiem dlaczego nie da sie nic mniej, skoro pierwszy z brzegu matematyk podejdzie, popatrzy i powie „a wez pan podziel przez dwa”.
http://gadzetomania.pl/author/tomek Tomasz Miller

Hm… To całkiem dobry temat na osobny artykuł. Obiecuję, że wkrótce postaram się to w miarę prosto wyłożyć. Na teraz mogę rzucić dwa-trzy zdania.

Rzeczywiście, gdyby fizyczna przestrzeń była taka jak znana ze szkoły trójwymiarowa przestrzeń euklidesowa, można by ją dzielić w nieskończoność na coraz mniejsze fragmenty. Wiadomo jednak, że tak nie jest – przestrzeń razem z czasem stanowią twór znacznie bardziej skomplikowany niż Euklides, Newton czy Galileusz sobie wyobrażali. W szczególności, może się odkształcać. Teoria względności opisuje, co może odkształcić przestrzeń: masa lub (równoważnie) energia. Z kolei z mechaniki kwantowej wiadomo, że energia w każdym obszarze przestrzeni nie jest ściśle określona, ale podlega kwantowym fluktuacjom. Odpowiedź na Twoje pytanie to zatem następujący łańcuch logiczny: zasada nieoznaczoności -> fluktuacje energii -> drobne dynamiczne odkształcenia przestrzeni. Jak drobne? Ano rzędu długości Plancka. W ten sposób, w skali Plancka, samo pojęcie długości przestaje mieć sens, bo rozmazuje je „zdziczała” od fluktuacji geometria przestrzeni.

Zamiast gładkiej przestrzeni o „porządnej” geometrii mamy w skali Plancka jakąś kipiel, istny kwantowy burdel, po prostu koszmar mikrogeodety. Tak to przynajmniej wygląda, gdy (nieco topornie) postawi się obok siebie teorię względności i mechanikę kwantową. Rozmaite nowe podejścia kreślą nieco inny obraz tego, jak wygląda rzeczywistość na poziomie Plancka, ale to już nieco inna historia…
SOMASHAMANS

No i fizycy potwierdzili moją odwieczną Teorię ! wszechsubstancji(energii) , która mówi o Nieskończonej substancji która jest Twórcom jak i tworzywem z którego tworzy. A teraz zagadka
Znajdźcie mi w nieskończoności niemożliwość.
anonymous

Dzieki! Koszmar mikrogeodety hehe, bede mial dzisiaj co rozkminiac w robocie. Sam studiowalem jakies glupoty humanistyczne i teraz po latach pluje sobie w brode doksztalcajac sie wyrywkowo w internecie…
Jdo

wtorek?
marek

chęć samokształcenia doprawdy godna podziwu, tak trzymać! gdyby każdy przeciętny Kowalski miał taki pęd do wiedzy to radio maryja nie miałoby słuchaczy;)
krzyh

No wybacz, wiem że czytanie boli, ale jeżeli autor chce przybliżyć mniej rozgarniętym czytelnikom takie rzeczy jak chociażby te z tego newsa, to musi usystematyzować większy fragment wiedzy. A jeżeli Cie to nie interesuje, to czytaj tylko pogrubione zdania.

Tomku, kolejny news na +
Karwoch

Wiesz… to zaraz po atomie, protonie i innymi tego typu… Traktuje się to jako „prawda” dopóki nie udowodni się iż jest inaczej – a gdyby wnioskować przyszłość po przeszłości – jednoznacznie jest to jedynie kwestia do odkrycia – tego, co jest jeszcze mniejsze ;)
Maxior

odpowiedź(albo raczej moje małe zboczenie)
mam mały lęk przed nieskończonościom (nie pamiętam fachowej nazwy)
ale nie zawsze, lecz dopiero gdy zaczynam sobie to wyobrażać od początku
czyli ziarnko piasku, galaktyka, całe ich skupisko, to co nam obrazują i tak dalej
i zawsze się zastanawiam co jest dalej, dalej i jeszcze dalej
Krzysztof Kurde

O rany ale ja jestem mały. J poco ja tu jestem?.. Xd przecież i tak nie mam wpływu absolutnie na nic w tej skali XD
Kazimiera Niewiedza

Żyjemy w organizmie Boga „pływamy” w jego cząsteczce komórki z jelita , i się cieszymy, ze gówno widzimy xd