Zważono neutrino za pomocą... Wszechświata

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.

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?

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.

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.

Źródło: Universe Today