Если бы мы могли построить телескоп для наблюдения за фоном космических нейтрино, что бы мы увидели?

Итак, за последние 48 часов я провел небольшое исследование по своему собственному вопросу о том, почему возможность обнаружения или даже изображения реликтовых нейтрино была бы важна.

Пожалуй, самое краткое изложение можно найти на этих слайдах http://cosmo2014.uchicago.edu/depot/talk-long-andrew.pdf

Они предполагают, что есть 3 типа ответов:

Для космолога - поскольку нейтрино разъединяются всего через 1 с после Большого взрыва, они подталкивают наше понимание и проверяют нашу модель до более экстремальных пределов, чем реликтовое излучение ($\sim 10^{5}$лет) или даже нуклеосинтеза Большого взрыва ($\sim 3$минут). Модель BB предполагает, что фон имеет распределение Ферми-Дирака при 1,95 К, и в текущей Вселенной должно быть 56 нейтрино/куб. см (с равным количеством антинейтрино) (модифицированные нижеприведенными эффектами).

По мнению физиков элементарных частиц, фон реликтовых нейтрино теперь должен быть нерелятивистским; средняя скорость

$$v \simeq 160 (1 +z)\ \left(\frac{{\rm eV}}{m_{\nu}}\right)\ \ {\rm km}\ {\rm s}^{-1},$$ куда$z$это красное смещение и$m_{\nu}$масса нейтрино, и подвержена влиянию гравитационных полей скоплений галактик (при z<2), Млечного Пути и даже Солнца. Это изменяет их распределение в фазовом пространстве по сравнению с пространственно однородным распределением Ферми-Дирака. Измерения фона могут рассказать нам больше о массе (массах) нейтрино, о том, распадаются ли нейтрино, могут обнаружить стерильные нейтрино и могут выбрать между майорановскими и дираковскими нейтрино. Одновременно (или вырожденно) это может рассказать нам кое-что об истории формы и размера гало темной материи Млечного Пути. Рингвальд и Вонг (2004) также предполагают, что возможна реликтовая нейтринная томография, предсказывающая избыточную плотность факторов 5 по направлению к скоплению Девы, для$m_{\nu}=$Нейтрино 0,15 эВ, разрешение 2 градуса.

https://arxiv.org/abs/1404.0680

https://arxiv.org/abs/hep-ph/0408241

Экспериментатора - что если вы их обнаружите, Нобелевская премия ваша! Похоже, что, несмотря на некоторые пессимистические комментарии, игра действительно идет, а именно эксперименты PTOLEMY и KATRIN направлены на обнаружение C$\nu$B за счет захвата нейтрино ядрами трития (но не с пространственным разрешением!). Это огромная проблема, с прогнозируемой частотой событий$\sim 100$год$^{-1}$кг$^{-1}$тритиевой мишени.

http://www.int.washington.edu/talks/WorkShops/int_10_44W/People/Formaggio_J/Formaggio.pdf

Я отвечу на это, поскольку @rob, предоставивший ссылку, которая дает краткое изложение предлагаемых методов и технических трудностей, этого не делает (комментарии на этом сайте не гарантируют неизменность во времени).

Это правда, что измерение космического микроволнового фонового излучения было чрезвычайно важно для разработки модели начала Вселенной, называемой Большим взрывом. . Реликтовое излучение — это излучение, отделившееся от интенсивных взаимодействий, происходящих в изначальном бульоне частиц. В случае фотонов, реликтового излучения, расцепление происходит через 380 000 лет после BB.

Этот образ дает представление об эволюции взаимодействий и расцеплений в первичном бульоне. Чтобы получить такие изображения, используется весь арсенал знаний о взаимодействии элементарных частиц в физике, теоретические модели, которые соответствуют данным.

Из этого мы видим, что нейтрино отделяется примерно через 1 секунду, что, конечно, зависит от расчетов, как показано в этой ссылке . Большое улучшение 380.000 лет, и распределение реликвий будет нести информацию о предшествующем периоде.

В этом сюжете из статьи вики на ББ

Мы видим, что обнаружение реликтовых нейтрино даст информацию о развитии Вселенной между 10^-32 секундами, то есть временем отделения гравитационной волны, и временем отделения нейтрино. В эксперименте BICEP2 удалось оригинальным способом составить карту гравитационного разъединяющего излучения, используя поляризацию фотонов реликтового излучения (статья была опубликована). Таким образом, если мы получим нейтринный снимок, то увидим эволюцию во времени неоднородностей, создавших нынешнюю плотность сверхскоплений галактик и скоплений галактик. Последовательная структура повысит достоверность гипотезы, входящей в модель Большого взрыва.

Будет важно, если экспериментаторам удастся обнаружить первичные нейтрино, но, как показывает первая ссылка, технические трудности еще не преодолены из-за очень малой энергии реликтовых нейтрино и их слабого взаимодействия с веществом. Тем не менее нейтринные физики думают о методах.

Как сказал Дмки в комментарии, нейтринные телескопы существуют, но не для энергий, намного меньших, чем у солнечных нейтрино.