Wir sind die ganze Zeit voller Neutrinos. Sie sind überall, fast nicht nachweisbar, und huschen durch normale Materie. Wir wissen kaum etwas über sie - nicht einmal wie schwer sie sind. Wir wissen jedoch, dass Neutrinos das Potenzial haben, die Form des gesamten Universums zu verändern. Und weil sie diese Kraft haben, können wir die Form des Universums verwenden, um sie abzuwägen - wie es jetzt ein Team von Physikern getan hat.
Aufgrund der Physik verändert das Verhalten der kleinsten Teilchen das Verhalten ganzer Galaxien und anderer riesiger Himmelsstrukturen. Und wenn Sie das Verhalten des Universums beschreiben möchten, müssen Sie die Eigenschaften seiner kleinsten Komponenten berücksichtigen. In einem neuen Artikel, der in einer der nächsten Ausgaben der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wird, verwendeten die Forscher diese Tatsache, um die Masse des leichtesten Neutrinos (es gibt drei Neutrinomassen) aus präzisen Messungen der großräumigen Struktur zurückzurechnen des Universums.
Sie nahmen Daten über die Bewegungen von ungefähr 1,1 Millionen Galaxien aus dem Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, rührten sie mit anderen kosmologischen Informationen und Ergebnissen aus viel kleineren Neutrinoexperimenten auf der Erde auf und speisten all diese Informationen in einen Supercomputer ein.
"Wir haben mehr als eine halbe Million Rechenstunden für die Verarbeitung der Daten aufgewendet", sagte der Co-Autor der Studie, Andrei Cuceu, Doktorand für Astrophysik am University College London, in einer Erklärung. "Dies entspricht fast 60 Jahren auf einem einzelnen Prozessor. Dieses Projekt hat die Grenzen der Big-Data-Analyse in der Kosmologie überschritten."
Das Ergebnis bot keine feste Zahl für die Masse des leichtesten Neutrino-Typs, aber es hat es eingegrenzt: Diese Neutrino-Spezies hat eine Masse von nicht mehr als 0,086 Elektronenvolt (eV) oder etwa sechs Millionen Mal weniger als die Masse eines einzelnen Elektrons.
Diese Zahl legt eine Obergrenze, aber keine Untergrenze für die Masse der leichtesten Neutrino-Arten fest. Es ist möglich, dass es überhaupt keine Masse hat, schrieben die Autoren in der Zeitung.
Was Physiker wissen, ist, dass mindestens zwei der drei Neutrino-Arten eine gewisse Masse haben müssen und dass es eine Beziehung zwischen ihren Massen gibt. (In diesem Artikel wird auch eine Obergrenze für die kombinierte Masse aller drei Geschmacksrichtungen festgelegt: 0,26 eV.)
Verwirrenderweise stimmen die drei Massenarten von Neutrino nicht mit den drei Geschmacksrichtungen von Neutrino überein: Elektron, Myon und Tau. Laut Fermilab besteht jeder Neutrino-Geschmack aus einer Quantenmischung der drei Massenspezies. Ein bestimmtes Tau-Neutrino enthält also ein bisschen Massenart 1, ein bisschen Spezies 2 und ein bisschen Spezies 3. Diese verschiedenen Massenarten ermöglichen es den Neutrinos, zwischen den Geschmacksrichtungen hin und her zu springen, als eine Entdeckung von 1998 (die das gewann) Nobelpreis für Physik) gezeigt.
Physiker können die Massen der drei Neutrino-Spezies vielleicht nie genau bestimmen, aber sie können immer näher kommen. Die Masse wird immer enger, wenn sich Experimente auf der Erde und Messungen im Weltraum verbessern, schrieben die Autoren. Und je besser die Physiker diese winzigen, allgegenwärtigen Komponenten unseres Universums messen können, desto besser kann die Physik erklären, wie das Ganze zusammenpasst.
