Spøgelsespartikler kan forbedre forståelsen af ​​universet

Billioner neutrinoer, eller spøgelsespartikler, passerer gennem os hvert sekund. Mens forskere kender denne kendsgerning, de ved ikke, hvilken rolle neutrinoer spiller i universet, fordi de djævelsk er svære at måle.

Nye målinger af neutrino -svingninger, observeret ved IceCube Neutrino Observatory på Sydpolen, har belyst udestående spørgsmål vedrørende neutrinoers grundlæggende egenskaber. Disse nye målinger af neutrinoer, når de skifter fra en type til en anden, mens de rejser, blev præsenteret på American Physical Society Meeting i Washington. De kunne hjælpe med at udfylde vigtige huller i standardmodellen, teorien, der beskriver fundamentale partiklers adfærd på hver energiskala, forskere har kunnet måle.

"Selvom standardmodellen er en nøjagtig teori, det efterlader gabende huller, ligesom naturen af ​​mørkt stof og hvordan et univers fyldt med stof, frem for antimateriale, opstod fra Big Bang. Vi ved ikke, hvordan vi skal fylde dem endnu, "sagde Tyce DeYoung, MSU lektor i fysik og astronomi. "Vi håber, at ved at måle egenskaberne af neutrinoer, såsom deres masser og hvordan de morfer eller svinger fra den ene til den anden, vi kan få nogle spor i disse åbne spørgsmål. "

Neutrinoer er mærkelige partikler. I modsætning til andre elementarpartikler, der udgør almindeligt stof, såsom elektroner og kvarker, neutrinoer har ingen elektrisk ladning. De er også mindst en million gange lettere end nogen anden partikel, som videnskaben kender. Faktisk, deres masser er så små forskere har endnu ikke været i stand til at måle dem præcist.

Med det i tankerne, DeYoung sammenligner sit arbejde med en fisketur, en, hvor forskere ikke er helt sikre på den bedste agn at bruge. "Fiskeri" gennem Antarktis is, selvom, giver lovende resultater og indsnævrer søgningen.

"Som fysikere, vi håbede, at Higgs -bosonen ville pege os på den fysik, der ligger ud over standardmodellen; desværre, vores målinger af Higgs har ikke fundet mange spor, "DeYoung sagde." Så vi håber, vi kan finde noget ved at studere neutrinoer. IceCube registrerer neutrinoer med et bredere spektrum af energier og afstande end andre eksperimenter, så vi kastede et bredt net. "

Energiske neutrinoer produceret af kosmiske stråler, der rammer Jordens atmosfære, kan detekteres på Sydpolen, ved hjælp af den antarktiske is som en partikeldetektor som ingen anden på planeten.

IceCube -dataene tyder på, at en art neutrino kan omfatte nøjagtigt lige store mængder af to neutrino "smagsstoffer".

"Neutrinoer har en vane med at ændre sig, eller oscillerende, mellem tre typer, vi kalder dem smag, sagde Joshua Hignight, MSU -forskningsassistenten, der præsenterede de nye resultater på mødet. "Så, hvis en neutrino er en nøjagtig ensartet blanding af to varianter, det kan være en overraskende tilfældighed, eller der kan være en dybere grund til, at det kommer fra fysikken ud over standardmodellen. "

Disse målinger er konsistente fra resultater fra andre forsøg med neutrinoer med lavere energier, men om denne smagsblanding er nøjagtigt afbalanceret, er stadig under debat. IceCube -fysikerne vil fortsætte med at forfine deres analyse og indsamle flere data. Fremtidige data vil gøre det muligt at foretage disse målinger mere præcist, Sagde DeYoung.

IceCube er verdens største neutrino -detektor, ved hjælp af en milliard tons af den antarktiske iskappe under den amerikanske Amundsen-Scott Sydpolstation til at observere neutrinoer. Det drives af et samarbejde mellem 300 fysikere fra 48 universiteter og nationale laboratorier i 12 lande. Byggeriet blev muliggjort af støtte fra National Science Foundation og andre internationale finansieringsbureauer.