Тем не менее, именно нейтрино сыграли важную роль в формировании крупномасштабной структуры космоса. Новое исследование предполагает, что в ранней Вселенной часть нейтрино могла превратиться в так называемое темное излучение.
Идея родилась из противоречия. Анализ космологических данных последних лет указывает на то, что нейтрино взаимодействуют друг с другом заметно сильнее, чем предсказывает Стандартная модель физики частиц. Однако лабораторные эксперименты на Земле накладывают жесткие ограничения на такие взаимодействия — и результаты не сходятся.
Доцент физики Вашингтонского университета в Сент-Луисе Бхупал Дев и его коллеги предлагают интересное объяснение этого феномена. Согласно их гипотезы, сигналы, которые космологи интерпретируют как свидетельство сильно взаимодействующих нейтрино, на самом деле могут быть следом дополнительной компоненты излучения — легких, быстрых частиц, ведущих себя похоже на нейтрино, но таковыми не являющихся.
«Поскольку космологические наблюдения в основном измеряют общее количество быстро движущегося излучения, они не могут легко отличить нейтрино от других легких частиц, ведущих себя аналогично», — поясняет Дев.
Согласно предложенному учеными сценарию, часть нейтрино преобразовалась в темное излучение на определенном этапе ранней Вселенной — после первичного нуклеосинтеза, то есть, когда сформировались первые атомные ядра, но до появления реликтового излучения. «В этом сценарии темное излучение может имитировать космологические эффекты, приписываемые взаимодействующим нейтрино, при этом не противоречить экспериментальным ограничениям, которые применяются к самим нейтрино», — говорит ученый.
Если гипотеза верна, она может помочь разобраться сразу с несколькими головоломками современной космологии, которые ученые уже много лет пытаются разгадать. Среди них — неопределенность в массе нейтрино и так называемое хаббловское напряжение — феномен, описывающий то, что разные методы измерения скорости расширения Вселенной дают несовпадающие результаты.
«Превращение нейтрино в нейтриноподобное темное излучение открывает новые пути решения космологических противоречий, не нарушая при этом наземных ограничений», — отмечает Дев.
Проверить эту смелую идею помогут наблюдения нового поколения: более точные измерения реликтового излучения, масштабные обзоры структуры Вселенной, эксперименты в области 21-сантиметровой космологии, а также лабораторные измерения массы нейтрино. Ученые надеются, что призрачные частицы не смогут прятаться от них вечно.
Ранее ученые предложили новый метод измерения расстояний с помощью гравитационных волн: он может разрешить главный космологический спор о скорости расширения Вселенной и постоянной Хаббла.