宇宙中的“隐身人”如何在银河系“聚会”？

人类对宇宙的起源充满了想象。对宇宙中中微子背景的研究可以把人类对宇宙的认识带回“婴儿时代”，即宇宙只有一秒钟大的时候。

近年来，中国学者在宇宙中微子背景的研究方面取得了新的进展。这一研究结果使我们能够理解来自“婴儿宇宙”的中微子“信使”如何聚集在银河系中，从而为研究宇宙中最古老的中微子如何在银河系中结合提供了基础。该结果最近发表在《自然通讯》上。

“我们在N单体模拟中发展了一种重要的计算方法，即加权法。它只需要运行一个基准模拟计算来获得不同中微子质量和相空间分布下的中微子密度分布，从而研究宇宙中最古老的中微子是如何在银河系中结合的。”东北大学科学学院张馨教授介绍。作为研究人员之一，他和北京大学高能物理研究中心的张觉博士在宇宙遗迹中微子引力凝聚效应的研究方面取得了重要进展。

接近“零质量”的宇宙“隐形人”

中微子是解开宇宙许多谜团的关键，相关研究一直处于科学研究的前沿。

迄今为止，与中微子直接相关的科学研究已获得四项诺贝尔物理学奖，中国在基础科学领域也做出了极其重要的贡献。在大亚湾反应堆中微子实验中，中国首次发现了一种新的中微子振荡模式，被誉为“中国最重要的物理实验成果”。

作为构成物质世界的最基本粒子之一，中微子不带电荷，质量非常轻，运动速度接近光速，与其他基本粒子的相互作用非常微弱。他们在宇宙中被昵称为“隐形人”。

宇宙遗迹中微子的实验探测是基础物理学中的一个重要课题，具有重要意义。“来自‘婴儿宇宙’的中微子‘信使’如何聚集在银河系中，与它们的捕获有关。”张馨介绍。

据了解，“重加权法”的计算方案可以在几分钟内获得原本需要几周时间的计算结果，大大节省了计算资源，非常有利于推动宇宙遗迹中微子引力凝聚的研究，在未来的宇宙中微子背景探测实验及相关现象学研究中发挥重要作用。

大爆炸产生“剩余中微子”

标准宇宙学模型预测，大爆炸后约一秒钟，中微子退出“宇宙粒子碰撞游戏”，不再与其他粒子碰撞，从而形成宇宙中微子背景。这些最古老的中微子是大爆炸的残余之一，也被称为宇宙的残余中微子。

自从宇宙演化以来，这些宇宙遗迹中中微子的平均密度约为每立方厘米336个。尽管标准宇宙学模型准确地预测了剩余中微子的平均密度，但在实际的探测计划中应该考虑重力因素。

中微子的质量很小，但毕竟不是零，这使它们感觉到银河系中暗物质和重子的重力，所以地球附近剩余中微子的实际数量密度将高于其平均值张馨说，

因此，对银河系中剩余中微子引力凝聚的研究已经成为未来宇宙中微子背景实验探测研究的一个必要环节。

张馨说，当研究银河系中剩余中微子的引力聚集时，我们注意到中微子运动所遵循的哈密顿方程可以被改写成一种独立于质量的形式，并且在N单体模拟中重建的中微子密度分布图仅取决于相空间中每个测试粒子所携带的重量。因此，其他中微子质量和相空间分布的中微子密度分布结果只能通过运行基准模拟计算通过“重称重”技术获得。利用这种计算方法，他们还发现地球附近中微子密度的差异几乎与中微子质量的平方成正比。