Kosmologen - en niet deeltjesfysici - zouden degenen kunnen zijn die uiteindelijk de massa van het ongrijpbare neutrinodeeltje meten. Een groep kosmologen heeft tot nu toe hun meest nauwkeurige meting gedaan van de massa van deze mysterieuze zogenaamde 'spookdeeltjes'. Ze gebruikten geen gigantische deeltjesdetector, maar gebruikten gegevens van de grootste enquête ooit over sterrenstelsels, de Sloan Digital Sky Survey. Hoewel eerdere experimenten hadden aangetoond dat neutrino's een massa hebben, wordt aangenomen dat deze zo klein is dat het erg moeilijk was om te meten. Maar kijkend naar de Sloan-gegevens over sterrenstelsels, stelden promovendus Shawn Thomas en zijn adviseurs aan het University College London de massa van een neutrino op niet meer dan 0,28 elektronvolt, wat minder is dan een miljardste van de massa van een enkel waterstofatoom. Dit is tot op heden een van de meest nauwkeurige metingen van de massa van een neutrino.
Hun werk is gebaseerd op het principe dat de enorme overvloed aan neutrino's (er gaan momenteel triljoenen door je heen) een groot cumulatief effect heeft op de materie van de kosmos, die zich van nature vormt tot 'groepen' en groepen sterrenstelsels. Omdat neutrino's extreem licht zijn, verplaatsen ze zich met grote snelheden door het universum, waardoor deze natuurlijke "klonterigheid" van materie wordt verzacht. Door de verdeling van sterrenstelsels over het heelal te analyseren (d.w.z. de omvang van deze 'afvlakking' van sterrenstelsels), kunnen wetenschappers de bovengrenzen van de neutrinomassa bepalen.
Een neutrino kan een lichtjaar - ongeveer zes biljoen mijl - lood passeren zonder een enkel atoom te raken.
Centraal in deze nieuwe berekening staat het bestaan van de grootste 3D-kaart van sterrenstelsels ooit, Mega Z genaamd, die meer dan 700.000 door de Sloan Digital Sky Survey geregistreerde sterrenstelsels omvat en metingen over uitgestrekte delen van het bekende universum mogelijk maakt.
"Van alle hypothetische kandidaten voor de mysterieuze donkere materie, tot nu toe zijn neutrino's het enige voorbeeld van donkere materie die echt in de natuur bestaat", zegt Ofer Lahav, hoofd van UCL's Astrophysics Group. 'Het is opmerkelijk dat de verspreiding van sterrenstelsels op enorme schaal ons kan vertellen over de massa van de kleine neutrino's.'
De kosmologen van de UCL konden de afstanden tot sterrenstelsels schatten met een nieuwe methode die de kleur van elk van de sterrenstelsels meet. Door deze enorme melkwegkaart te combineren met informatie over de temperatuurschommelingen in de na-gloed van de oerknal, de zogenaamde kosmische achtergrondstraling, konden ze een van de kleinste bovengrenzen stellen aan de grootte van het neutrinodeeltje tot nu toe.
"Hoewel neutrino's minder dan 1% van alle materie uitmaken, vormen ze een belangrijk onderdeel van het kosmologische model", zegt Dr. Shaun Thomas. "Het is fascinerend dat de meest ongrijpbare en kleine deeltjes zo'n effect kunnen hebben op het universum."
"Dit is een van de meest effectieve technieken die beschikbaar zijn voor het meten van de neutrinomassa", zegt Dr. Filipe Abadlla. "Dit geeft goede hoop om eindelijk een meting te krijgen van de massa van de neutrino in de komende jaren."
De auteurs zijn ervan overtuigd dat een groter onderzoek van het heelal, zoals dat waaraan ze werken, de internationale Dark Energy Survey genoemd, een nog nauwkeuriger gewicht zal opleveren voor de neutrino, mogelijk bij een bovengrens van slechts 0,1 elektronvolt.
De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Bron: University College London
