大主宰,两位数乘两位数,欧瑞莲官网-可爱精神,向不开心开战,开心文章、新闻,为你提供

频道:国内时事 日期: 浏览:150

尽管暗物质网(紫色)好像能够自己决议国际结构的构成,但来自正常物质的反应(赤色)能够严重影响星系规范。暗物质和正常物质的份额正确,才干解说咱们所调查到的国际。中微子无处不在,但规范的轻中微子不能占暗物质的大部分(乃至一个重要的部分)。

在整个国际中,咱们能看到的远不止这些。当咱们看到星系内的恒星在运动,星系群和星系团在运动,或许构成国际网的最大结构在运动,一切的一切都在叙述相同令人不安的故事:咱们没有看到满足的物质来解说所发作的引力效应。除了恒星、气体、等离子体、尘土、黑洞等,必定还有其他东西在那里发生额定的引力效应。

传统上,咱们称这种物质为暗物质,咱们肯定需求它来解说整个国际的一切观测成果。尽管它不能由一般物质组成——由质子、中子和电子组成的东西——但咱们的确有一个已知的粒子,它或许具有正确的行为:中微子。让咱们来看看暗物质中微子或许有多少。

中微子初次提出是在1930年,但直到1956年才从核反应堆中检测到。在那之后的几十年里,咱们现已勘探到来自太阳、国际射线乃至超新星的中微子。这儿,咱们看到了自20世纪60年代以来在Homestake金矿进行的太阳中微子试验中运用的坦克的结构。

乍一看,中微子是完美的暗物质候选者。它们简直不与正常物质彼此效果,既不吸收也不发射光,这意味着它们不会发生能被望远镜捕捉到的可观测信号。与此一起,由于它们经过弱力彼此效果,国际在大爆炸极早、极热的阶段不行避免地发生了很多的中微子。

咱们知道国际大爆炸中有剩下的光子,最近咱们还发现了直接的依据标明也有剩下的中微子。与无质量的光子不同,中微子或许有非零质量。假如依据存在的中微子(和反中微子)的总数,它们的质量有一个正确的值,那么它们就能够占到暗物质的100%。

那么有多少中微子呢?这取决于中微子的类型(或品种)的数量。

尽管咱们能够用规划成捕捉中微子与物质之间稀有互动的巨大容器来直接勘探中微子,但这不只功率极低,并且只能捕捉到其间的一小部分。咱们能够看到中微子是粒子加快器、核反应堆、太阳聚变反应以及国际射线与地球和大气彼此效果的成果。咱们能够丈量它们的性质,包含它们怎么彼此转化,但不能丈量中微子的总数。

在这幅图中,中微子与冰分子发作了彼此效果,发生了一种次级粒子——介子——它在冰中以相对论速度运动,并在其死后留下一道蓝光。直接勘探中微子是一项艰巨而又成功的作业,咱们仍在企图澄清它们的悉数性质。

可是有一种办法能够从粒子物理学中得到要害的丈量值,它来自一个意想不到的当地:z玻色子的衰变。z -玻色子是中性玻色子,它介导弱彼此效果,使某些类型的弱衰变成为或许。Z对夸克和轻子都有效果,当你在对撞机试验中发生一个时,有或许它会衰变成两个中微子。

这些中微子将是不行见的!咱们一般无法在对撞机中勘探到咱们从粒子衰变中发生的中微子,由于需求一个中子星密度的勘探器才干捕捉到它们。可是经过丈量衰变发生“看不见的”信号的百分比,咱们能够揣度出有多少种光中微子(其质量小于z -玻色子质量的一半)。几十年来,这是一个有目共睹且毫不含糊的成果:有三个。

该图显现了规范模型的结构,说明晰要害联系和方式。特别是,这张图描绘了规范模型中的一切粒子,希格斯玻色子的效果,电弱对称性损坏的结构,说明晰希格斯真空期望值是怎么损坏电弱对称性的,以及剩下粒子的性质是怎么改变的。请注意,z -玻色子一起与夸克和轻子配对,并且能够经过中微子通道衰变。

回到暗物质,咱们能够依据咱们看到的一切不同的信号,计算出需求多少额定的暗物质才干给咱们满足的引力。咱们知道怎么装扮自己,包含:

  • 从磕碰的星系团,
  • 从x射线发射团簇中移动的星系,
  • 从国际微波布景的崎岖,
  • 从国际大规范结构中发现的方式来看,
  • 从单个星系内恒星和气体的内部运动来看

咱们发现,咱们需求大约五倍于正常物质的丰度才干以暗物质的方式存在。暗物质关于现代国际学来说是一个巨大的成功,只是经过增加一种成分来处理一个谜题,一系列其他的观测谜题也被处理了。

四个彼此磕碰的星系团,显现x射线(粉赤色)和引力(蓝色)之间的别离,标明暗物质存在。在大规范上,冷暗物质是必要的,没有任何替代品。x射线:NASA科学家/ UVIC. /。马达维等。光学/透镜:昌UVIC. / A。MAHDAVI等人(左上角);x射线:NASA科学家/ UCDAVIS / W。道森ET AL。光学:NASA/ STSCI/UCDAVIS/ W。道森等人(右上);ESA / xmm -牛顿/ F。GASTALDELLO (INAF/ IASF,意大利米兰)/CFHTLS(左下角);x射线:NASA、ESA、CXC、M. BRADAC(加州大学圣巴巴拉分校)和S. ALLEN(斯坦福大学)(右下角)

假如你有三种光中微子,那么只需求相对较小的质量就能够解说一切的暗物质:每一个中微子只需求几电子伏特(约3或4 eV)就能够了。在规范模型中发现的除中微子外最轻的粒子是电子,它的质量约为511kev,是咱们想要的中微子质量的数十万倍。

不幸的是,具有这么大质量的轻中微子有两个大问题。当咱们仔细调查时,大质量中微子的概念不足以构成100%的暗物质。

一个悠远的类星体将有一个大的碰击(在右边)来自它的氢原子的莱曼级数跃迁。在左面,呈现了一系列被称为森林的线条。这些下降是由于中心气体云的吸收构成的,而下降的强度的确约束了暗物质的温度。不或许是热的。劳赫,阿拉诉36、1、267 (1998)

第一个问题是中微子,假如它们是暗物质,将是热暗物质的一种方式。你或许曾经听过“冷暗物质”这个词,它的意思是,与前期的光速比较,暗物质的运动速度必定很慢。

为什么?

假如暗物质是热的,并且移动得很快,它就会很容易地从小型结构中流出,然后阻挠引力的增加。事实上,咱们如此早地构成恒星、星系和星系团就扫除了这种或许性。事实上,咱们看到弱小的透镜信号,咱们扫除了这种或许性。事实上,咱们在国际微波布景中看到的动摇方式扫除了这种或许性。和直接丈量的气云在国际前期,经过一种技能称为Lyman-α森林,清晰扫除其或许性。暗物质不或许是热的。

在国际中构成的暗物质结构(左)和由此发生的可见星系结构(右)是在一个冷、热、热的暗物质国际中自上而下显现的。依据咱们的调查,至少98%以上的暗物质是冷的。

许多协作现已丈量了一种中微子到另一种中微子的振动,这使咱们能够揣度出不同类型中微子之间的质量差异。自20世纪90年代以来,咱们现已能够揣度出两个物种之间的质量差异约为0.05 eV,而另一个物种之间的质量差异约为0.009 eV。对电子中微子质量的直接约束来自于氚衰变试验,试验标明电子中微子的质量有必要小于2ev左右。

沿着勘探器壁上的光电倍增管摆放的切伦科夫辐射环能够辨认中微子事情,它展现了中微子天文学的成功办法。这张图片展现了多个事情,是一系列试验的一部分,为咱们更好地了解中微子铺平了路途。

除此之外,国际微波布景(来自普朗克)和大规模结构数据(来自斯隆数字巡天)通知咱们,一切中微子质量的总和最多为0.1 eV,由于太多的热暗物质必定会影响这些信号。从咱们所具有的最好的数据看来,已知中微子的质量值十分挨近中微子振动数据所暗示的最低值。

换句话说,只要一小部分暗物质能够以光中微子的方式存在。鉴于咱们今日所遭到的约束,咱们能够得出这样的定论:大约0.5%到1.5%的暗物质是由中微子组成的。这不是无关紧要的;国际中光中微子的质量和国际中一切恒星的质量差不多。可是它们的引力效应是最小的,并且它们不能构成所需的暗物质。

萨德伯里中微子天文台,在展现中微子振动和中微子的质量方面发挥了重要效果。依据大气、太阳、陆地天文台和试验的额定成果,咱们或许无法解说咱们仅用3个规范模型中微子观测到的悉数成果,而一个无菌中微子作为冷暗物质候选体依然是十分风趣的。麦克唐纳(皇后大学)等人,萨德伯里中微子天文台研究所

可是,有一种独特的或许性,这意味着咱们依然有时机让中微子在暗物质国际中引起轰动:有或许存在一种新的、额定类型的中微子。当然,咱们有必要契合咱们已有的粒子物理学和国际学的一切约束条件,但有一种办法能够做到这一点:要求假如有一个新的、额定的中微子,它是无菌的。

一个不育的中微子与它的性别或繁衍才能无关;这只是意味着它不会经过传统的弱彼此效果彼此效果,并且z -玻色子不会和它结合。可是,假如中微子能够在传统的活泼型和较重的无菌型之间振动,它不只能够体现得像冷的,并且能够构成100%的暗物质。现已完结的试验,如LSND和MiniBooNe,以及计划或正在进行的试验,如MicroBooNe、PROSPECT、ICARUS和SBND,都高度暗示无菌中微子是咱们国际中实在而重要的一部分。

费米试验室微型布恩试验计划。一束高强度的加快质子束被聚集在一个目标上,发生的介子首要衰变为介子和介子中微子。由此发生的中微子束由微型布恩勘探器表征。

假如咱们只局限于规范模型,咱们就无法解说国际中必定存在的暗物质。咱们所知道的一切粒子都没有正确的行为来解说一切的观测成果。咱们能够幻想一个中微子质量相对较大的国际,这将导致一个含有很多暗物质的国际。仅有的问题是暗物质是热的,它会导致一个与咱们今日看到的国际显着不同的国际。

尽管如此,咱们所知道的中微子的确体现得像暗物质,尽管它只占暗物质总量的1%。这并不是彻底无关紧要的;它等于国际中一切恒星的质量!最令人兴奋的是,假如真的有一种不育的中微子存在,那么接下来几年的一系列试验应该会提醒它。暗物质或许是最大的疑团之一,但多亏了中微子,咱们至少有时机对它有一点了解。

热门
最新
推荐
标签