2中國學者中微子研究重要成果在《Nature》子刊發表

  大公網訊(記者 于珈琳 瀋陽報道)始終處於科學研究最前沿的中微子物理研究領域日前傳出重要進展。記者今日(14日)從東北大學獲悉,由2名分別自該校及北京大學的中國學者合作的宇宙遺蹟中微子的引力團結效應研究取得重要成果——在N單體模擬中發展的重要算法重加權方法,使得只利用一次模擬即可得到不同中微子質量和相空間分佈下的中微子密度輪廓,從而研究宇宙中最古老的中微子如何在銀河系中結團。該項成果已於本月9日發表在《Nature》子刊《Nature Communications》上,成為中國高校科研工作者在這一領域取得的世界級突破性進展。 

圖示表明了該項研究中熱遺蹟中微子在銀河系中的引力結團效應。

      由東北大學理學院教授張鑫與北京大學高能物理研究中心張珏博士合作並取得突破重大成果的這一研究,可讓我們了解來自嬰兒宇宙的中微子信使如何在銀河系中聚集,而這關係到能否讓我們將對宇宙的認知推進至宇宙年齡僅為1秒的時期。 

      張鑫在向媒體介紹這項成果時表示,宇宙遺蹟中微子的實驗探測,是基礎物理中的重要課題,意義十分重大。來自嬰兒宇宙的中微子信使如何在銀河系中聚集,關係到對它們的俘獲。“這一計算方案,在幾分鐘之內即可獲得原本需要數週時間計算所得到的結果,極大地節省了計算資源,非常有利於促進宇宙遺蹟中微子引力結團的研究,將在未來的宇宙中微子背景探測實驗以及相關的唯象研究中發揮重要作用。” 

    東北大學理學院教授張鑫。

        中微子:解開宇宙之謎的關鍵 

        中微子,是構成物質世界的最基本的粒子之一,不帶電,質量非常輕,以接近光速運動,與其他基本粒子之間的相互作用十分微弱,也被稱為宇宙中的“隱身人”。中微子也是解開諸多宇宙之謎的關鍵,目前仍有許多令人着迷的基本科學問題等待着人們去探索。中微子物理的研究一直處於科學研究的最前沿,迄今為止,與中微子直接相關的科學研究已經獲得了4次諾貝爾物理學獎。中國在這一基礎科學領域已做出極為重要的貢獻,大亞灣中微子實驗首次發現了一種新的中微子振盪模式的存在。 

        在標準宇宙學模型預言中,宇宙大爆炸後1秒左右,中微子從熱浴中退耦,形成宇宙中微子背景。這些最古老的中微子是宇宙大爆炸的遺蹟之一,也被稱為宇宙的遺蹟中微子。宇宙演化至今,這些宇宙遺蹟中微子的平均數密度約為每立方厘米336個。 

        儘管標準宇宙學模型對遺蹟中微子的平均數密度做出了精確的預言,但是在實際的探測計劃中還需考慮引力的因素。中微子的非零質量導致它們會感受到銀河系中暗物質和重子物質的引力,因此在地球附近遺蹟中微子的實際數密度會高於其平均值。正因如此,對遺蹟中微子在銀河系中引力結團的研究已成為未來宇宙中微子背景實驗探測研究中的必要環節。 

        研究成果應用於托勒密計劃 

        “我們在研究銀河系中遺蹟中微子引力結團問題時注意到,中微子運動所遵循的哈密頓方程可以被改寫成不依賴於質量的形式,在N單體模擬中重構出的中微子密度輪廓只取決於每個測試粒子在相空間中所攜帶的權重。因此,只需運行一次基準模擬計算,即可通過‘重加權’技術得到其他中微子質量和相空間分佈下的中微子密度輪廓結果。”張鑫對上述研究成果的發現做了解釋。 

        利用該方法,張鑫與張珏發現,在地球附近,中微子密度差幾乎正比于中微子質量的平方(在宇宙學觀測所支持的小中微子質量區域)。對於即將開展的旨在探測宇宙中微子背景的“托勒密”(PTOLEMY)實驗計劃,他們利用該方法計算了引力結團效應對於遺蹟中微子俘獲率的影響,並對相關的中微子質量等級和新物理效應等問題進行了深入探討。

      責任編輯:徐孟楠 徐孟楠

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