​Ученые из Института ядерных исследований РАН предложили новый способ анализа данных, полученных при исследовании крупномасштабной структуры Вселенной. Это поможет наиболее точно установить массы нейтрино и различные космологические параметры. Статья опубликована в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.

Стандартная модель — одна из важнейших теоретических конструкций в физике элементарных частиц, которая описывает электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия. Сегодня доподлинно известно, что модель не является полной теорией, так как она не описывает ряд явлений в области физики частиц, а также противоречит некоторым астрофизическим наблюдениям. В частности, Стандартная модель не содержит подходящих кандидатов на роль темной материи и темной энергии. Другой ее недостаток в том, что она не включает в себя гравитационные взаимодействия.

Возникла проблема и с нейтрино. Эти частицы рождаются в результате ядерных и термоядерных реакций, протекающих в дальнем космосе. Они чрезвычайно слабо взаимодействуют с материей и в Стандартной модели считаются безмассовыми. Экспериментальное обнаружение нейтринных осцилляций (переходов нейтрино между типами) позволило выявить одно из самых существенных расхождений со Стандартной моделью. Это открытие доказало, что массы как минимум двух состояний нейтрино отличны от нуля, а его авторы получили в 2015 году Нобелевскую премию по физике.

Прямые методы (при наблюдении за бета-распадом легких ядер) не позволяют измерить массы нейтрино с достаточной точностью, но возможно установить их сумму с помощью космологических данных. Наиболее перспективным подходом в этом направлении стало исследование крупномасштабной структуры Вселенной, то есть того, каким образом материя, состоящая из галактик, их скоплений, филаментов и других массивных образований, распределена во Вселенной. Новые данные крупномасштабной структуры Вселенной будут получены с запуском космической обсерватории «Евклид» в 2022 году.

Точное значение масс нейтрино, вероятно, поможет объяснить феномен скрытой массы («темной материи»). Это одна из центральных проблем современной космологии: ученые видят ее присутствие по гравитационному влиянию на движение астрономических объектов, но попытки обнаружить частицы пока не увенчались успехом. Предполагается, что этой массой обладает гипотетическая темная материя. Она может составлять до 85% вещества во Вселенной, способного собираться в сгущения (кластеризоваться). Еще одним применением точной массы нейтрино станет изучение процессов, происходивших на ранних стадиях эволюции Вселенной. Нейтрино играли важную роль в образовании легких ядер и формировании равенства температуры реликтового излучения в пространстве. Реликтовое излучение возникло спустя примерно 380 000 лет после Большого Взрыва и поэтому оно содержит информацию о свойствах Вселенной того периода.

Эффект от массивных нейтрино в крупномасштабной структуре Вселенной проявляется на достаточно малых расстояниях. Материя образует сгустки, образование которых не удается описать в рамках привычной линейной теории. Авторами был использован теоретический подход на базе космологической теории возмущений. Для анализа данных применяли наиболее распространенный и надежный метод Монте-Карло марковских цепей. Его суть заключается в том, что теоретические предсказания для наблюдаемых величин вычисляются в каждой точке пространства параметров космологической модели. Однако в данном случае использование метода оказалось практически нереализуемым из-за очень сложных вычислений. Авторы статьи разработали инновационный алгоритм, который позволил впервые применить его в анализе данных крупномасштабной структуры Вселенной на базе космологической теории возмущений.

«Предыдущие исследования были основаны на более грубых феноменологических моделях. Их использование не может считаться удовлетворительным при точности глубоких обзоров неба, имеющихся сейчас и ожидающихся в будущем. Разработанный нами алгоритм не имеет мировых аналогов и способен помочь в анализе данных крупномасштабной структуры Вселенной уже в ближайшие годы», — говорит Антон Чудайкин, научный сотрудник Института ядерных исследований РАН.

Для того, чтобы спрогнозировать, насколько точно будет возможно определить массу нейтрино с новыми космологическими данными, авторы смоделировали статистическую ошибку космической миссии «Евклид». Результаты моделирования Монте-Карло показали, что совместный анализ данных «Евклид» и космической обсерватории «Планк» позволит определить сумму масс нейтрино с точностью, на порядок превышающей сегодняшнюю из космологических наблюдений.

Источники

определить массу нейтрино !?
Newsland (newsland.com), 20/01/2020
Изучение космической паутины упростит вычисление массы нейтрино
Hightech.fm, 20/01/2020
Новый метод анализа данных позволит найти точную массу нейтрино
24ТОП.kz (24top.kz), 20/01/2020
Изучение космической паутины упростит вычисление массы нейтрино
Seldon.News (news.myseldon.com), 20/01/2020
Новый метод анализа данных позволит найти точную массу нейтрино
Газета.Ru, 20/01/2020
Новый метод анализа данных позволит найти точную массу нейтрино
Российский научный фонд (rscf.ru), 20/01/2020
Российские ученые разработали алгоритм измерения массы нейтрино: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 20/01/2020
Российские ученые разработали алгоритм измерения массы нейтрино
Око планеты (oko-planet.su), 20/01/2020
Российские ученые разработали алгоритм измерения массы нейтрино
Взгляд.Ру, 20/01/2020
Новый алгоритм упростил измерение массы нейтрино
ТАСС, 20/01/2020
Российские ученые разработали алгоритм измерения массы нейтрино
РЫБИНСКonLine (ryb.ru), 20/01/2020
Российские ученые разработали алгоритм измерения массы нейтрино
RepeatMe.ru, 20/01/2020
Российские физики создали принципиально новый алгоритм измерения массы нейтрино
Монависта (monavista.ru), 21/01/2020
Российские физики создали принципиально новый алгоритм измерения массы нейтрино
Seldon.News (news.myseldon.com), 21/01/2020
Как взвесить нейтрино
Академгородок (academcity.org), 21/01/2020
Как взвесить нейтрино
Seldon.News (news.myseldon.com), 21/01/2020
Новый алгоритм упростил измерение массы нейтрино
Российская академия наук (ras.ru), 21/01/2020
Новый алгоритм упростил измерение массы нейтрино
Российский научный фонд (rscf.ru), 21/01/2020
Новый алгоритм упростил измерение массы нейтрино
Российский научный фонд (рнф.рф), 21/01/2020
Российские ученые разработали алгоритм измерения массы нейтрино
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 22/01/2020

Похожие новости

  • 24/12/2019

    Выбор РИА Новости: главные достижения российской науки 2019 года

    ​Ученые в России в нынешнем году получили знаковые результаты в самых разных областях – от астрономии до археологии, причем многие достижения имеют выходы на практическое применение. Примечательно, что существенную лепту здесь внесли не только признанные научные центры, но и ведущие отечественные вузы.
    1171
  • 12/06/2019

    Глава ОИЯИ рассказал о значении участия России в ЦЕРН

    Полноправное участие России в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) необходимо для участия отечественных ученых в проектах в области физики высоких энергий и приведет к укреплению позиций российской науки в мире, считает директор Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) академик Виктор Матвеев.
    796
  • 25/05/2019

    Ученые доказали, что слияние белых карликов не всегда приводит к термоядерному взрыву

    ​Российские ученые из Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова нашли подтверждение тому, что слияние массивных белых карликов не всегда сопровождается термоядерным взрывом, а может привести к образованию нейтронной звезды.
    968
  • 08/11/2019

    Получен рекордный ториевый сверхпроводник

    Междисциплинарная группа российских ученых под руководством Ивана Трояна из Института кристаллографии РАН и Артема Оганова из Сколтеха и МФТИ смогли создать новый гидрид тория, одна молекула которого содержит 10 атомов водорода.
    808
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    1013
  • 09/04/2019

    Российские ученые уточнили, как космические лучи действуют на мозг

    ​Нейрофизиологи из МФТИ, НИИ Анохина и Курчатовского института проследили за действием нейтронов на мозг мышей и пришли к выводу, что они не ухудшают интеллектуальные способности грызунов, но подавляют формирование новых клеток в центре памяти.
    628
  • 14/05/2018

    Ученые знают, как заставить проводник из графена лучше работать

    ​Графен – очень хороший проводник и перспективный материал, обладающий необычными свойствами. Сегодня ученые могут изготавливать уникально чистые образцы графена, которые содержат всего несколько примесей, мешающих его работе.
    886
  • 19/08/2019

    Физики показали возможность создания магнонных кристаллов

    ​Физики из России и Европы показали принципиальную возможность создания из системы «сверхпроводник — ферромагнетик» магнонных кристаллов — элементарных составляющих будущих посткремниевых электронных устройств, работающих на спиновых волнах.
    636
  • 10/07/2019

    В России пройдут испытания новой модели сверхзвукового самолёта

    В России в 2019 году пройдут испытания модели сверхзвукового делового самолета разработки "Туполева" со сниженным уровнем звукового удара. Его испытают в аэродинамической трубе, сообщил "Интерфаксу" источник в авиапроме.
    1377
  • 16/10/2018

    Профессор Ильдар Габитов: электроника зашла в тупик

    ​Фотонный компьютер, Wi-Fi из лампочки, материалы-невидимки, боевые лазеры и сверхчувствительные сенсоры... Все это плоды одной и той же науки - фотоники. О том, почему именно свет сегодня стал объектом изучения чуть ли не для половины физиков во всем мире, "Огоньку" рассказал профессор Сколтеха Ильдар Габитов.
    1224