計量中微子質量的新方法

由中國科學院國家天文臺宇宙暗物質暗能量團組研究生朱弘明和陳學雷研究員與加拿大理論天體物理中心彭威禮(Ue-Li Pen)教授、研究生Derek Inman，以及中科院上海天文臺余瑜博士組成的合作團隊提出了一種基于宇宙大尺度結構計量中微子質量的新方法，該工作已經發表在國際物理期刊《物理評論快報》上（Physical Review Letters 113, 131301（2014））。

在粒子物理標準模型中有三種中微子，1998年實驗證實存在中微子振蕩現象，這顯示中微子的質量不為0，但計量其質量非常困難，迄今為止，人們還一直未能測出其質量，而只有利用星系大尺度結構觀測數據得到的質量上限。這種傳統的計量方法是，在宇宙大爆炸中產生的大量中微子會抹平小尺度的物質密度漲落，如果假定我們觀測到的星系密度正比于物質密度，就可以通過對星系密度漲落的精密計量，根據其功率譜在較小尺度上的壓低求得中微子質量。但是，由于星系形成受到許多因素影響，在不同的尺度上星系密度與物質密度之間的比例（偏袒因子）可能有變化，這會引入一定的系統誤差，從而影響中微子質量的計量精度。

朱弘明等人此次提出的新方法的原理是，中微子在引力作用下，相對于冷暗物質和普通物質會產生一個較大的速度場，而此速度場又會導致不同類型的星系之間的互相關函數產生一個沿中微子平均速度方向的偶極矩。通過精密觀測星系大尺度結構，可以計量這一偶極矩，從而測出中微子的質量。這一方法不受偏袒因子尺度變化的影響。另外，傳統的大尺度結構計量方法只能測出三種中微子質量的總和，而利用偶極矩方法，原則上可以對每種中微子進行單獨計量，結合其它實驗提供的信息，可以區分不同中微子的質量，這為今后的中微子研究開辟了一條新的途徑。

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