央廣網(wǎng)沈陽5月18日消息（記者徐志強(qiáng)  通訊員王鈺慧）日前，東北大學(xué)理學(xué)院張鑫教授與北京大學(xué)高能物理研究中心張玨博士合作，在宇宙遺跡中微子的引力結(jié)團(tuán)效應(yīng)研究中取得重要進(jìn)展：在N單體模擬中發(fā)展了一種重要的計(jì)算方法——重加權(quán)方法，使得只利用一次模擬即可得到不同中微子質(zhì)量和相空間分布下的中微子密度輪廓，從而研究宇宙中最古老的中微子如何在銀河系中結(jié)團(tuán)。5月9日，該項(xiàng)成果在《Nature》子刊《Nature Communications》上發(fā)表，這是中國高�？蒲泄ぷ髡咴谑澜缈萍甲钋把氐闹形⒆友芯款I(lǐng)域取得的一次突破性進(jìn)展，這一研究可讓我們了解來自嬰兒宇宙的中微子信使如何在銀河系中聚集，而這關(guān)系到能否讓我們將對宇宙的認(rèn)知推進(jìn)至宇宙年齡僅為1秒的時(shí)期。

　　中微子，是構(gòu)成物質(zhì)世界的最基本的粒子之一。中微子作為費(fèi)米子（自旋為1/2），不帶電，質(zhì)量非常輕，以接近光速運(yùn)動，與其他基本粒子之間的相互作用十分微弱，被戲稱為宇宙中的“隱身人”。

　　中微子是解開諸多宇宙之謎的關(guān)鍵，目前仍有許多令人著迷的基本科學(xué)問題等待著人們?nèi)ヌ剿鳌Ｖ形⒆游锢淼难芯恳恢碧幱诳茖W(xué)研究的最前沿，迄今為止，與中微子直接相關(guān)的科學(xué)研究已經(jīng)獲得了四次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。中國在這一基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域已做出極為重要的貢獻(xiàn)，大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)了一種新的中微子振蕩模式的存在。

　　據(jù)張鑫介紹，宇宙遺跡中微子的實(shí)驗(yàn)探測，是基礎(chǔ)物理中的重要課題，意義十分重大。來自嬰兒宇宙的中微子信使如何在銀河系中聚集，關(guān)系到對它們的俘獲�！斑@一計(jì)算方案，在幾分鐘之內(nèi)即可獲得原本需要數(shù)周時(shí)間計(jì)算所得到的結(jié)果，極大地節(jié)省了計(jì)算資源，非常有利于促進(jìn)宇宙遺跡中微子引力結(jié)團(tuán)的研究，將在未來的宇宙中微子背景探測實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)的唯象研究中發(fā)揮重要作用。”張鑫表示。

　　標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型預(yù)言，在宇宙大爆炸后1秒左右，中微子從熱浴中退耦，形成宇宙中微子背景。這些最古老的中微子是宇宙大爆炸的遺跡之一，也被稱為宇宙的遺跡中微子。宇宙演化至今，這些宇宙遺跡中微子的平均數(shù)密度約為每立方厘米336個(gè)（含各種味道的中微子和反中微子；對于每種味道態(tài)的中微子，其平均數(shù)密度約為每立方厘米56個(gè)）。

　　盡管標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型對遺跡中微子的平均數(shù)密度做出了精確的預(yù)言，但是在實(shí)際的探測計(jì)劃中還需考慮引力的因素。中微子的非零質(zhì)量導(dǎo)致它們會感受到銀河系中暗物質(zhì)和重子物質(zhì)的引力，因此在地球附近遺跡中微子的實(shí)際數(shù)密度會高于其平均值。正因如此，對遺跡中微子在銀河系中引力結(jié)團(tuán)的研究已成為未來宇宙中微子背景實(shí)驗(yàn)探測研究中的必要環(huán)節(jié)。

　　“我們在研究銀河系中遺跡中微子引力結(jié)團(tuán)問題時(shí)注意到，中微子運(yùn)動所遵循的哈密頓方程可以被改寫成不依賴于質(zhì)量的形式，在N單體模擬中重構(gòu)出的中微子密度輪廓只取決于每個(gè)測試粒子在相空間中所攜帶的權(quán)重。因此，只需運(yùn)行一次基準(zhǔn)模擬計(jì)算，即可通過‘重加權(quán)’技術(shù)得到其他中微子質(zhì)量和相空間分布下的中微子密度輪廓結(jié)果�！睆場握f。

　　利用該方法，張鑫與張玨發(fā)現(xiàn)，在地球附近，中微子密度差幾乎正比于中微子質(zhì)量的平方（在宇宙學(xué)觀測所支持的小中微子質(zhì)量區(qū)域）。對于即將開展的旨在探測宇宙中微子背景的“托勒密”（PTOLEMY）實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，他們利用該方法計(jì)算了引力結(jié)團(tuán)效應(yīng)對于遺跡中微子俘獲率的影響，并對相關(guān)的中微子質(zhì)量等級和新物理效應(yīng)等問題進(jìn)行了深入探討。