中微子几乎可以解释宇宙中的一切

科学家们对被称为中微子的亚原子粒子有了更多的了解，有时也被称为幽灵粒子。它们以接近光速和几乎无质量而闻名，但最近的一项研究表明，最无质量的中微子也是无质量的。它比电子质量至少轻 600 万倍。

研究人员一直在努力发现中微子到底是什么，为什么它们如此难以捉摸，以及它们在我们的宇宙中扮演什么角色——使用海底中微子望远镜之类的东西来探测它们，或者在遥远的有黑洞的星系中发现它们在中心。

中微子的类型

中微子分为三种类型，称为三味中微子：电子中微子、μ子中微子和τ中微子。但是关于他们还有很多未知的地方。科学家怀疑电子中微子可能是最轻的，但这个荣誉也可能属于 tau 中微子。了解它们可以帮助解释宇宙是如何结合在一起的，它不断膨胀背后的原因，甚至是暗物质的奥秘。

“每秒有 1000 亿个中微子从太阳飞过你的拇指，即使在晚上也是如此。伦敦大学物理与天文学学院的 Arthur Loureiro 博士在 2019 年的一份新闻声明中说：“这些幽灵的交互性非常弱，我们对此知之甚少。我们所知道的是，当它们移动时，它们可以在它们的三种味道，这只有在它们的至少两个质量不为零时才会发生。

“这三种口味可以比作冰淇淋，其中一勺包含草莓、巧克力和香草。三种味道始终存在，但比例不同，而变化的比例——以及粒子的怪异行为——只能用具有质量的中微子来解释。”

中微子质量有什么用？

中微子甚至有质量是一个有点新的想法。1998 年的这一发现最终为 Takaaki Kajita 赢得了 2015 年的诺贝尔奖。但即使在科学家们了解了它们的质量之后，他们仍然有很多问题，比如哪个最重，哪个最轻。

中微子可能具有所谓的“正常质量排序”，其中它们与与其相关的粒子质量相似。或者它可能正好相反：一种“颠倒的质量排序”，其中他们的预期质量被翻转。

虽然关于中微子还有很多未知数，但科学家们确实有很多可以研究的对象。他们从新墨西哥州的重子振荡光谱调查 (BOSS)收集数据，根据其网站，该调查已经检查了 100 万个星系，通过“绘制发光的红色星系和类星体的分布图”来研究宇宙的膨胀。

“我们使用了来自各种来源的信息，包括天基和地面望远镜观测宇宙的第一道光（宇宙微波背景辐射）、爆炸的恒星、宇宙中最大的星系 3D 地图、粒子加速器、核反应堆，以及更多，”Loureiro 博士说。

当前对宇宙中微子的科学认识

“由于中微子数量众多，但又小又难以捉摸，我们需要所有可用的知识来计算它们的质量，我们的方法可以应用于其他令宇宙学家和粒子物理学家都感到困惑的大问题。”

所有这些数据都需要大量的计算能力。

“我们使用了超过 50 万个计算小时来处理数据；这相当于单个处理器将近 60 年。该项目突破了宇宙学大数据分析的极限，”该论文的第二作者 Andrei Cuceu 说。

中微子质量对于未来的宇宙学研究至关重要，这就是为什么该论文的作者对暗能量光谱仪 (DESI)等未来研究项目感到兴奋，该仪器在 2023 年准备就绪时，将构建一个跨越附近宇宙的 3D 地图宇宙到110亿光年。

“令人印象深刻的是，大规模的星系团可以告诉我们最轻的中微子的质量，这是对物理学具有根本重要性的结果。这项新研究表明，我们正在通过下一代大型光谱星系巡天（例如 DESI、Euclid 等）实际测量中微子质量，”该研究的合著者兼英国主席 UCL 教授 Ofer Lahav 说。暗能量调查和 DESI 联盟。

如果在太空中研究中微子没有成功，科学家们总是可以尝试在地球上建造它们。