Kosmologen - und nicht Teilchenphysiker - könnten diejenigen sein, die schließlich die Masse des schwer fassbaren Neutrinoteilchens messen. Eine Gruppe von Kosmologen hat die Masse dieser mysteriösen sogenannten "Geisterpartikel" bislang am genauesten gemessen. Sie verwendeten keinen riesigen Partikeldetektor, sondern Daten aus der größten jemals durchgeführten Galaxienvermessung, der Sloan Digital Sky Survey. Während frühere Experimente gezeigt hatten, dass Neutrinos eine Masse haben, wird angenommen, dass sie so klein ist, dass es sehr schwer zu messen war. Mit Blick auf die Sloan-Daten zu Galaxien haben der Doktorand Shawn Thomas und seine Berater am University College London die Masse eines Neutrinos auf nicht mehr als 0,28 Elektronenvolt geschätzt, was weniger als einem Milliardstel der Masse eines einzelnen Wasserstoffatoms entspricht. Dies ist eine der genauesten Messungen der Masse eines Neutrinos bis heute.
Ihre Arbeit basiert auf dem Prinzip, dass die enorme Menge an Neutrinos (es gibt momentan Billionen, die durch Sie gehen) eine große kumulative Wirkung auf die Materie des Kosmos hat, der sich auf natürliche Weise zu „Klumpen“ von Gruppen und Galaxienhaufen bildet. Da Neutrinos extrem leicht sind, bewegen sie sich mit großer Geschwindigkeit durch das Universum, was die natürliche „Klumpenbildung“ der Materie glättet. Durch Analyse der Verteilung von Galaxien im Universum (d. H. Des Ausmaßes dieser „Glättung“ von Galaxien) können Wissenschaftler die Obergrenzen der Neutrinomasse ermitteln.
Ein Neutrino kann ein Lichtjahr - etwa sechs Billionen Meilen - Blei durchlaufen, ohne ein einziges Atom zu treffen.
Im Zentrum dieser neuen Berechnung steht die Existenz der größten 3D-Karte von Galaxien namens Mega Z, die über 700.000 Galaxien abdeckt, die vom Sloan Digital Sky Survey aufgezeichnet wurden, und Messungen über weite Strecken des bekannten Universums ermöglicht.
"Von allen hypothetischen Kandidaten für die mysteriöse Dunkle Materie sind Neutrinos bislang das einzige Beispiel für dunkle Materie, das tatsächlich in der Natur existiert", sagte Ofer Lahav, Leiter der Astrophysics Group der UCL. "Es ist bemerkenswert, dass die Verteilung von Galaxien in großen Maßstäben Aufschluss über die Masse der winzigen Neutrinos geben kann."
Die Kosmologen der UCL konnten Entfernungen zu Galaxien mithilfe einer neuen Methode abschätzen, mit der die Farbe jeder Galaxie gemessen wird. Durch die Kombination dieser riesigen Galaxienkarte mit Informationen über die Temperaturschwankungen im Nachglühen des Urknalls, die als kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung bezeichnet werden, konnten sie eine der kleinsten Obergrenzen für die Größe des Neutrino-Partikels bis heute festlegen.
"Obwohl Neutrinos weniger als 1% aller Materie ausmachen, bilden sie einen wichtigen Teil des kosmologischen Modells", sagte Dr. Shaun Thomas. "Es ist faszinierend, dass die schwer fassbaren und winzigen Teilchen einen solchen Effekt auf das Universum haben können."
"Dies ist eine der effektivsten verfügbaren Techniken zur Messung der Neutrinomassen", sagte Dr. Filipe Abadlla. "Dies setzt große Hoffnungen, in den kommenden Jahren endlich eine Messung der Masse des Neutrinos zu erhalten."
Die Autoren sind zuversichtlich, dass eine größere Untersuchung des Universums, wie die, an der sie arbeiten, die internationale Dunkle Energieerhebung, ein noch genaueres Gewicht für das Neutrino liefern wird, möglicherweise bei einer Obergrenze von nur 0,1 Elektronenvolt.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Quelle: University College London
