第五百一十六章 潛心研究
龐學林搖頭笑道：“喬教授，太陽中微子中確實存在這種惰性中微子，但是惰性中微子在轉化過程中，存在的時間很短，我們很難通過現有手段觀測到。但是你有沒有想過，通過宇宙中微子背景輻射去尋找這種惰性中微子？我記得部署在太空中的宇宙中微子背景觀測陣列，就是由高能所掌控的吧，我需要從你這裏獲取過去三十年中微子背景輻射觀測陣列所觀測到的所有數據！”
“宇宙中微子背景輻射……”
喬安華皺起眉，喃喃自語。
與宇宙微波輻射類似，宇宙中微子背景輻射是大爆炸的殘留中微子組成。
隨著測量精度的不斷提高，在過去數十年進行的一係列實驗中，天體物理學家發現宇宙背景輻射溫度在不同的區域有微小的起伏。
這些測量提供了關於宇宙年齡和構成的最精確的圖景，目前的觀測數據顯示，宇宙中微子背景每立方厘米大約有150個中微子，溫度約為2開爾文，而且與微波背景一樣是各向異性的。
這種每個方向略有不同的各向異性現象存在於所有案例中，無論是早期宇宙中的物質還是我們今天所見的龐大的星係、星係群。
“可是龐教授，宇宙中微子背景輻射就跟宇宙微波背景輻射一樣，雖然存在一定的起伏波動，但這種起伏波動非常平穩，基本上可以將其視為一條直線，而且我們的中微子背景輻射觀測陣列雖然可以測量中微子振**，但隻能觀測到中微子在傳播路程中發生周期性變化，由於我們的觀測陣列中存在太陽中微子的幹擾，導致觀測到的宇宙中微子背景輻射中，存在某種周期性，差不多每28天一個循環，這幾乎和太陽繞自己軸心自轉的周期重合，在這種情況下，我們實際上觀測到的中微子背景輻射是存在很大的偏差的，想要在這些數據中找到惰性中微子存在的證據，這……這可能麽？！”
龐學林笑道：“喬教授，你有沒有想過，中微子具有靜質量，這種周期性是由於太陽不均等的磁場作用造成的。磁場強度的變化，使部分中微子流嚴重偏移，我需要的，恰恰就是這種發生嚴重偏移的中微子流產生的數據！”
喬安華瞪大了眼睛：“龐教授，你的意思是？”
喬安華仿佛隱約捕捉到了龐學林的想法。
龐學林淡淡笑道：“不管是電中微子，μ子中微子，還是τ子中微子，它們的質量不超過1.1電子伏特，還不到單個電子的五十萬分之一，但我剛才提到的這種惰性中微子，卻是一種重中微子，按照我計算出的數據，惰性中微子的質量上限應該達到200電子伏特，比剩下幾種中微子高出了兩個數量級。而不管在宇宙中微子背景輻射還是太陽中微子輻射中，電中微子、μ子中微子、τ子中微子之間的轉化每時每刻都在發生，也就是說，大量的惰性中微子夾雜在這三種中微子中，因為我們觀測手段的原因，我們沒辦法從這幾種中微子中分辨出這種惰性中微子的存在。但是，隻要我們能夠精準測定出宇宙中微子背景輻射裏太陽中微子流的偏移角度數據，就能確定太陽中微子射流的質量，將理論質量與實際觀測到的質量做對比。隻要存在這種惰性中微子，那麽太陽中微子流的質量恐怕遠遠超出我們的預估！”
喬安華的眼睛瞪得越來越大，甚至還有些駭然。
雖然過去半年，龐學林的水平早就在學術界傳開，甚至在數學領域龐學林還幫助科學界解決了幾個重量級的猜想。
但喬安華從未想過，龐學林在基礎物理學領域，竟然也有這種水平。
隱隱間，喬安華甚至有種酸溜溜的感覺。
他很清楚，如果宇宙中微子背景輻射所觀測到的數據與龐學林預測的保持一致，那麽基礎物理學必將往前推進一大步，這個年輕人也將在物理學史上留下濃墨重彩的一筆。
諾貝爾物理學獎對他而言更是如同探囊取物。
“龐教授，稍等，我馬上去數據中心取數據！”
龐學林點點頭，看著喬安華的身影一路小跑著出了辦公室。
半小時後，龐學林從喬安華手中拿到了過去三十年宇宙中微子背景輻射陣列所觀測到的所有數據。
接下來的三個月，龐學林再次進入閉關狀態。
三十年的數據，大小超過整整30TB，如果不是經過基因優化藥劑的改造，單單分析這些數據，龐學林就需要幾年時間。
但現在，對他而言，分析數據就是小兒科，最重要的，是如何從這些數據中獲取自己想要的信息。
這種研究如同大海撈針，但龐學林卻顯得興致勃勃。
以往穿越的那些世界，因為種種原因，龐學林雖然見識到了大量的黑科技，也學習了不少物理學、化學領域的前沿知識，但要說獨立做研究，這還是第一次。
【宇宙大爆炸中產生的大量光子在熱大爆炸結束後遺留下來，隨著宇宙膨脹而紅移冷卻，形成了我們今天觀測到的宇宙微波背景輻射。
類似地，在宇宙大爆炸期間產生的大量中微子也遺留下來，形成了宇宙中微子背景。】
【其中T為溫度，g為自由度，ζ為黎曼Zeta 函數。對於費米子則適用前麵有下角標F 的因子，對玻色子該因子等於1。隨著宇宙膨脹，弱相互作用反應速率迅速下降（~T5），難以維持中微子與其他粒子的熱平衡。當弱相互作用反應速率Γ
【但是，在中微子退耦後不久，早期宇宙中大量存在的正電子與負電子大量湮滅為光子對，這導致光子氣體溫度的下降在
……
【中微子退耦的時期也正是大爆炸核合成開始的時期。在這一時期，宇宙中的重子主要以質子和中子的形式存在。此後，質子和中子通過核反應形成氘核，進而繼續反應生成氚（3H），氦3（3He），氦4（4He）等。由於氘的結合能較低，而重子數量遠小於光子，因此氘很容易被大量黑體輻射光子中能量較高的少量光子破壞，因此盡管氘是質子中子直接反應的產物，但最後形成的量並不多，其豐度主要取決於重子數密度，穩定的氦則形成較多，其豐度與重子數密度和膨脹率都有關係。】
……
整整三個月的時間，龐學林一步都沒有踏出自己的房間。
餓了，自然有人會將食物送進來。
困了，倒頭就睡。
至於洗澡什麽的，那是不存在的。
如果說之前，龐學林在研究除數學意外的其他學科時，都帶有某種目的的話，那這一次，他的研究要純粹許多。
他頭一次從基礎物理學的研究中，找到了和研究數學類似的樂趣。
這種通過上帝視角尋找物質本源的過程，讓他感覺到了一種純粹的快樂。
一直到三個月後，龐學林緊閉的房門才倏然打開。
出現在龐學林麵前的，除了喬安華外，還有沈淵！
“龐教授，怎麽樣了？找到我們需要的東西了嗎？”
喬安華眼睛一眨不眨地盯著龐學林。
龐學林微微一笑，說道：“不辱使命！”
喬安華和沈淵對視一眼，均從對方眼中看出了一絲興奮的表情。
喬安華的興奮在於，中微子領域的研究在停滯了數十年以後，終於又有了突破性的進展。
沈淵的興奮在於，惰性中微子的出現，很有可能讓人類在中微子探測領域取得突破。
而這種突破，將會為拯救被困地心深處的沈靜提供了基礎。
“阿林，你看你，三個月了，都不打理一下自己，整個人都發臭了，你先去洗個澡，順便把頭發剪一下，到時候咱們再匯合討論！”
沈淵對龐學林道。
龐學林抬起自己的手臂聞了聞，說道：“老師，我好像沒聞到什麽臭味啊！”
沈淵哭笑不得道：“你自己能聞到才怪，趕緊去洗洗，洗完再說！”
“哦！”
龐學林笑了笑，直接返回自己的房間。
半小時後，頂著一頭蓬鬆的頭發的龐學林出現在了高能物理研究所的會議室內。
出席這次會議的，除了喬安華、沈淵外，還有來自高能物理所的另外兩位院士季青青、劉旭以及中科院大亞灣中微子實驗室的主任曹廣雲、清華大學理論物理學教授王崇慶。
在會議開始前，龐學林首先將自己過去三個月的成果分享給在座的眾人，然後說道：“大家好，歡迎大家參加這次我們內部的學術報告會，過去三個月，我根據從高能所拿到的過去三十年間的中微子宇宙背景輻射觀測陣列數據，對其進行了細致的分析，最終根據這些數據，我基本上可以判定，在我們的宇宙中，存在第四種惰性中微子。這種中微子，將會成為溫暗物質的有力候選者，同時也對我們宇宙的演化產生了非常重要的影響。”
“接下來，我會向各位展示這種中微子存在的證據。眾所周知，宇宙的早期是輻射為主時期，在今天的宇宙中密度幾乎可以忽略的光子和中微子等極端相對論粒子在輻射為主時期是宇宙密度的主要貢獻者。輻射-物質相等發生在紅移約3200時，此後宇宙是物質為主了，但到複合時期（紅移約1100），中微子仍對密度有顯著貢獻。”
“如果存在更多的中微子種類，它將影響複合時期的宇宙膨脹速率，並進而影響宇宙在複合時期的年齡、擴散的尺度、聲波視界大小等，這些在宇宙微波背景輻射（CMB）溫度和偏振各向異性角功率譜中顯現出來，更多中微子數量總的效果是使CMB 角功率譜中的所謂衰減尾（damping tail）移到更大尺度上。綜合哈勃常數測量及WMAP，ACBAR，ACT，SPT 等實驗的CMB 數據，在l 的值位於1000 ～ 3000 處一度測到了偏大的衰減，給出的有效自由度Neff3……”
……
龐學林的語氣不疾不徐，會議室內，所有人的目光都聚焦在這個年輕人的身上。
除了沈淵，剩下幾人都是國內物理學領域泰鬥級人物。
喬安華自然不用說，中科院院士，長期從事高能物理實驗研究，地球同步軌道對撞機（Geosynchronous Orbit Collider）國際合作項目中方負責人。
季青青，中科院院士，原子核物理及高能物理學家，主要從事原子核物理、粒子物理、高能實驗物理等方麵的研究，對標準模型中弱電對稱破缺給出了滿意的解釋，雖然他的理論還沒得到證明，但已經為他在國際物理學界贏得了廣泛的讚譽，有很多物理學家基於他的理論試圖對標準模型進行進一步完善。
劉旭，圈量子引力研究的重要開拓者，他在自旋結網圈（與自旋泡沫）非微擾量子引力的研究中曾引發了國際上廣泛的關注。
曹廣雲，除了中科院大亞灣中微子實驗室主任的身份外，他還領導團隊成功確定了中微子振**中，(Δm21)^2與(Δm32)^2之間的大小關係，使得中微子振**的研究，隻剩下了一個理論上的CP破壞相角δCP需要測量。
過去三個月，龐學林在分析中微子輻射觀測衛星陣列的同時，喬安華也沒閑著，他將龐學林的理論計算論文以及惰性中微子的猜想發給了圈內諸多重量級學者，詢問他們的意見和想法。
龐學林的猜想在物理學界引起了廣泛的爭議，有人支持，有人反對。
當然，最終結果，還得看龐學林能不能從宇宙中微子背景輻射觀測衛星陣列的數據中，得到對他有利的證據。
這也是今天這些大佬出席這場報告會的原因。
他們很清楚，一旦龐學林的理論得到證實，那麽人類在中微子以及暗物質領域的研究將向前跨越一大步。
而中國物理學界，將會再次迎來一尊諾貝爾物理學獎的獎杯！
……
“現有的對中微子質量的最精密測量來自大尺度結構巡天。光子與等離子體緊密耦合在一起，形成重子-光子流體，而中微子、冷暗物質粒子等相互作用微弱的粒子則可以在其中自由穿行。不過，冷暗物質粒子的運動速度幾乎完全可以忽略，因此主要起的是提供引力勢的作用，而中微子在這一時期仍具有非常高的運動速度，主要展現出擴散性，這導致在kn≈0.026(mv/leV)^1/2Ωm^1.2hMpc^-1以下的小尺度上的功率譜壓低，其程度為ΔPlin(k)/Plin(k)~-8Ωv/Ωm。利用這一效應，如果能夠精確測量功率譜的形狀，並結合CMB觀測，可以對中微子質量進行限製。通常，可觀測效應主要依賴中微子的總質量Σmν，但當Σmν較小時，嚴格地說與單個中微子的質量也有關。”
……
時間一分一秒過去，不知不覺間，龐學林的報告也進入了尾聲。
“綜合各方麵的參數，我們可以得出我們所觀測到的太陽中微子射流質量，要比理論值高出兩個數量級，同時也有諸多天文學觀測數據，也非常符合惰性中微子的理論預期，由此，我們可以確定，惰性中微子確實存在，而且很有可能，就是我們一直在尋找的溫暗物質！”
會議室內安靜了下來，沒人說話。
龐學林淡淡笑道：“大家有什麽疑問嗎？”
物理學跟數學還是有不一樣的地方，數學上隻要是正確的推理，邏輯上基本上無懈可擊。
物理學的話，不管什麽理論，即使非常符合理論，也需要諸多證據相互佐證，直到沒有任何問題後，才會得到物理學界的廣泛認可。
這就好比當初蘇聯物理學家布魯諾·龐特克威和弗拉基米爾·格利鮑夫在1969年提出的中微子振**理論，這種想法最初被提出來時，並沒有得到大多數物理學家的接受。
但是隨著時間的推移，越來越多的證據開始傾向於中微子振**的存在。
這種超出了標準模型框架的新物理，才得到了物理學界的認可。
龐學林提出的惰性中微子理論也一樣，即使他已經提出了足夠多的證據，想要得到在座眾人的完全認可，依舊很難。
這時，季青青率先出聲道：“龐教授，不可否認，你的理論以及所提交的證據，都非常具有說服力，但是這裏，我有幾個問題。”
“季教授，請說！”
“據我所知，雖然目前宇宙中微子背景輻射觀測陣列衛星功率譜的測量精度已相當高。從中微子振**實驗可以知道，中微子中的最大質量至少超過0.04eV，現在的中微子質量限製已接近這一大小。不過，這裏的一個問題是，盡管偏袒因子一般可以作為常數，但在較高的精度上這一假設仍有可能失效，偏袒因子如有微小的尺度依賴性，即b不是常數而是b(k)，就可能導致中微子質量測量的較大誤差。你是如何解決這個問題的？”
龐學林笑了笑，說道：“很簡單，我們可以用幾種不同的方法測量中微子質量，通過對比可以得出中微子衛星觀測陣列數據中誤差大小。例如，隨著宇宙膨脹中微子的熱速度彌散逐漸降低，同時不均勻的物質大尺度結構會引致中微子獲得較大的本動速度——這是因為中微子本身質量小、速度彌散大，因此其傳播中感受的引力場平均值與普通的冷暗物質不同，這導致中微子與暗物質間存在相對速度。而這種相對速度的存在，導致中微子密度相關函數或功率譜存在偶極矩。盡管中微子的密度本身無法直接觀測，但中微子和暗物質密度會對不同類型的星係產生不同的影響，因此通過觀測不同類型的星係互相關函數的偶極矩，可以測量上述中微子分布偶極矩。盡管這樣測量的互相關函數也依賴偏袒因子，但偶極矩的大小對偏袒因子並不敏感，從而提供了一種極佳的中微子質量測量手段。此外，非線性的結構如暗物質暈也產生中微子尾跡，這種尾跡也存在偶極矩，未來可以通過弱引力透鏡進行統計觀測。”
季青青沉吟片刻，臉上露出笑容道：“你這想法不錯！”
這時，曹廣雲也跟著出聲道：“龐教授，目前較大的巡天包括斯隆數字巡天（SDSS）及其後續的BOSS，eBOSS 等巡天，以及WiggleZ 巡天。SDSS 第7 次釋放數據（DR7）給出了其觀測的亮紅星係（LRG）紅移分布數據。這些星係的恒星形成率較高而較藍，雖然連續譜光度不很高，但因有顯著的發射線譜線而便於進行紅移測量。綜合這些大尺度結構和CMB 數據得到的中微子質量限製95%.限製。而且加入引力透鏡效應後限製稍弱但變化不大。在你的這篇論文中，星係引力透鏡數據也可以用於限製功率譜和中微子質量，但目前的星係引力透鏡數據還不精確且其給出的結果與其他觀測數據存在一定衝突，你是如何解決這個問題的？”
龐學林不慌不忙，淡淡笑道：“曹教授，你可以翻到論文第十三頁，可以看到，SDSS LRG 給出的限製比WiggleZ
稍強，盡管後者有更大的巡天有效體積。我認為，這是因為SDSS LRG 巡天的區域較為規則，其窗口函數更銳利一些，不同波數k的測量結果關聯較小，而WiggleZ 的窗口函數則比較寬。在綜合了所有數據後，給出的最強限製是Σ mν