捕捉宇宙创生时的中微子
宇宙探索
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2016-10-04 22:54 | 点击数: 个浏览点

 

捕捉宇宙创生时的中微子

 

普朗克探测器如今已经退役。它在2009年到2013年间对CMB进行了探测。

撰文 香农 · 霍尔(Shannon Hall)

翻译 张程

自大爆炸后380000年起,宇宙最古老的光线已经一刻不停地狂奔了138.2亿年。这些光,即所谓的宇宙微波背景(cosmic microwave background,CMB),成为了天文学家熟悉的狩猎场,用来帮助他们理解早期宇宙。不幸的是,CMB也阻碍了我们了解宇宙最早的那数十万年。现在,通过捕捉产生于宇宙生后1秒的中微子,天文学家认为他们已经窥探到CMB出现之前的故事了。

中微子是一种没有电荷、质量非常小的基本粒子,它们在大爆炸后立刻逃离现场。中微子行踪隐蔽,能够悄然穿过几乎所有物理障碍,而不和一般物质相互作用。在极其偶然的情况下,它们会撞上光子,并且对光子这种粒子的温度产生极其微小的影响。最近,美国加利福尼亚大学戴维斯分校的天文学家在由欧州空间局(European Space Agency)普朗克卫星(Plank satellite)制作的CMB图中注意到了这种温度的变化。他们在最近发表于《物理评论快报》(Physics Review Letters)的文章中描述了这种“宇宙中微子背景”(cosmic neutrino background)。

几十年前,大爆炸模型预言了宇宙中微子背景,但这次的间接观测是迄今为止最有力的证据。这项发现“为我们了解宇宙又打开了一扇窗”,劳伦斯· M · 克劳斯(Lawrence M. Krauss)说。克劳斯是美国亚利桑那大学宇宙学计划(Cosmology Initiative)的联席负责人,并没有参与这项研究。在研究中,粒子界的奇葩——中微子的性质也得到限制。例如,研究证明,和其他粒子一样,一个中微子不能和另一与之相同的中微子发生反应。否则,它们在CMB中留下的信号将和目前观测到的有所差别。

更加深入的探测或许可以解释,为什么宇宙中粒子与反粒子的比例为100亿比1。这种不对称起源于早期宇宙,科学家认为这和神秘的中微子不无关系。“因为我们对中微子所知甚少,在对其进行物理分析时你可以发挥更多的创造力,” 这项研究的参与者,劳埃德· 诺克斯(Lloyd Knox)说。尽管对这些粒子的直接探测难如登天,诺克斯预计,来自宇宙学观测的蛛丝马迹将有利于解开围绕在中微子周围的诸多谜团——由此窥探,我们将对宇宙的过去了解更多。