We zitten de hele tijd vol met neutrino's. Ze zijn overal, bijna niet op te sporen, en flitsen door normale materie. We weten er amper iets van - zelfs niet hoe zwaar ze zijn. Maar we weten wel dat neutrino's de potentie hebben om de vorm van het hele universum te veranderen. En omdat ze die kracht hebben, kunnen we de vorm van het universum gebruiken om ze te wegen - zoals een team van natuurkundigen dat nu heeft gedaan.
Vanwege de fysica veranderen het gedrag van de kleinste deeltjes het gedrag van hele sterrenstelsels en andere gigantische hemelstructuren. En als je het gedrag van het universum wilt beschrijven, moet je rekening houden met de eigenschappen van de kleinste componenten. In een nieuw artikel, dat zal verschijnen in een aanstaande uitgave van het tijdschrift Physical Review Letters, gebruikten onderzoekers dat feit om de massa van de lichtste neutrino's (er zijn drie neutrino-massa's) terug te berekenen op basis van nauwkeurige metingen van de grootschalige structuur van het universum.
Ze namen gegevens over de bewegingen van ongeveer 1,1 miljoen sterrenstelsels uit de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, roerden het op met andere kosmologische informatie en resultaten van veel kleinere neutrino-experimenten op aarde en voerden al die informatie in een supercomputer.
'We hebben meer dan een half miljoen computeruren gebruikt om de gegevens te verwerken', zegt co-auteur Andrei Cuceu, een doctoraatsstudent astrofysica aan het University College London, in een verklaring. "Dit komt overeen met bijna 60 jaar op een enkele processor. Dit project verlegde de grenzen voor big data-analyse in de kosmologie."
Het resultaat bood geen vast aantal voor de massa van het lichtste type neutrino, maar beperkte het wel: die soort neutrino heeft een massa van niet meer dan 0,086 elektronvolt (eV), of ongeveer zes miljoen keer minder dan de massa van een enkel elektron.
Dat aantal stelt een bovengrens, maar geen ondergrens, voor de massa van de lichtste soorten neutrino. Het is mogelijk dat het helemaal geen massa heeft, schreven de auteurs in de paper.
Wat natuurkundigen wel weten, is dat ten minste twee van de drie soorten neutrino massa moeten hebben en dat er een verband bestaat tussen hun massa. (Dit artikel stelt ook een bovengrens voor de gecombineerde massa van alle drie de smaken: 0,26 eV.)
Verwarrend genoeg komen de drie massasoorten neutrino niet overeen met de drie smaken neutrino: elektron, muon en tau. Elke smaak van neutrino bestaat volgens Fermilab uit een kwantummengsel van de drie massasoorten. Dus een bepaalde tau-neutrino bevat een beetje massasoort 1, een beetje soort 2 en een beetje soort 3. Die verschillende massasoorten laten de neutrino's heen en weer springen tussen smaken, als een ontdekking uit 1998 (die de Nobelprijs voor natuurkunde) getoond.
Natuurkundigen zullen de massa's van de drie neutrino-soorten misschien nooit perfect lokaliseren, maar ze kunnen steeds dichterbij komen. De massa zal steeds kleiner worden naarmate experimenten op aarde en metingen in de ruimte verbeteren, schreven de auteurs. En hoe beter natuurkundigen deze kleine, alomtegenwoordige componenten van ons universum kunnen meten, hoe beter de natuurkunde kan uitleggen hoe het geheel in elkaar past.
