Предложен метод вычисления точной массы нейтрино

Ученые Института ядерных исследований РАН придумали новый способ анализа данных о крупномасштабной структуре Вселенной. Он поможет точно установить предел массы нейтрино и выяснить разные космологические параметры. Результаты исследования опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Стандартная модель описывает электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия с помощью различных элементарных частиц и квазичастиц. Но в последнее время появляется все больше данных, которые модель описать не может, а иногда даже им противоречит. В частности, Стандартная модель не содержит подходящих кандидатов на роль темной материи и темной энергии. Также она не описывает гравитационного взаимодействия.

Еще одна проблема Стандартной модели в том, что в ее рамках нейтрино — очень слабо взаимодействующие с материей частицы — считаются не имеющими массы. Но более ранние исследования доказали, что как минимум два вида нейтрино из трех имеют массы, отличные от нуля. Авторы этого доказательства в 2015 году получили Нобелевскую премию по физике.

Прямые методы исследования не позволяют измерить массы нейтрино с достаточной точностью, но возможно установить их сумму с помощью космологических данных. Наиболее перспективным подходом считается анализ крупномасштабной структуры Вселенной, то есть того, каким образом материя, состоящая из галактик, их скоплений, филаментов и других массивных образований, распределена во Вселенной.

В своей работе российские ученые, поддержанные грантом Российского научного фонда, предложили совершенно новый метод анализа этих данных, который позволит установить точную сумму масс всех трех видов нейтрино. В его основу авторы взяли 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 модели. Но в этом случае применение метода оказалось практически невозможным из-за большого количества сложных вычислений. Поэтому российские ученые разработали инновационный алгоритм, который обходит эти ограничения, упрощая вычисления и позволяя делать выводы из огромного массива накопленных данных.

«Предыдущие исследования были основаны на более грубых феноменологических моделях. При сегодняшней точности измерений их просто нельзя применять, так как они не вполне соответствуют реальности. Разработанный нами алгоритм не имеет мировых аналогов и способен помочь в анализе данных крупномасштабной структуры Вселенной уже в ближайшие годы», — говорит один из исследователей, научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Антон Чудайкин.

Для того чтобы спрогнозировать, насколько точно будет возможно определить массу нейтрино с новыми космологическими данными, авторы смоделировали статистическую ошибку космической миссии Euclid. Результаты моделирования Монте-Карло показали, что совместный анализ данных Euclid и космической обсерватории Planck позволит определить сумму масс нейтрино с точностью, на порядок превышающей сегодняшнюю из космологических наблюдений. Теперь астрономы ждут запуска космического телескопа Euclid, который состоится в 2022 году и позволит получить первые данные о крупномасштабной структуре Вселенной и уточнить массу нейтрино.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.