Si pudiéramos construir un telescopio para ver el fondo cósmico de neutrinos, ¿qué veríamos?

Si pudiéramos construir un telescopio de neutrinos capaz de ver reliquias de neutrinos que se desacoplaron después del Big Bang, con una resolución angular y espectral similar a la que es posible ahora para el CMB (por ejemplo, con Planck), ¿qué veríamos?

¿Cómo sería el C v B difieren debido a la masa finita del neutrino y al desacoplamiento anterior? ¿Habría diagnósticos e información adicionales que no están disponibles en el CMB? ¿Qué tan grandes serían las fluctuaciones en la temperatura de los neutrinos en comparación con el CMB? ¿Estas fluctuaciones nos darían la masa del neutrino o nos dirían algo sobre el modelo inflacionario?

NB: las preguntas relacionadas son ¿Por qué estamos ciegos para la era anterior a la recombinación? , ¿Viendo más allá de la CMBR con neutrinos? y ¿Es posible mirar hacia el comienzo del Universo? pero ninguno de estos pregunta específicamente, ni tiene respuestas, sobre lo que podría ser visto o sondeado por el C v B si pudiéramos examinarlo en detalle.

Esta pregunta es algo hipotética, pero si observa las respuestas y comentarios (parciales) existentes, verá que hay desarrollos técnicos que lo hacen cada vez más posible.

¿Los neutrinos primordiales no tendrían también longitudes de onda largas como el CMB? Si es así, eso dañaría severamente el poder de resolución.
Sí. En realidad, hacer esto será inmensamente desafiante, pero ¿y si...?
Después de BICEP2, la fecha de CMB ha sido superada, ya que las ondas gravitacionales han dado una instantánea del período inflacionario, en 10^-32 segundos, mientras que CMB está en 380000 años. en.wikipedia.org/wiki/BICEP_and_Keck_Array . ¿Por qué debería uno emprender la increíblemente difícil tarea de detectar neutrinos tan fríos?
@anna v ¿Tal vez para probar las predicciones del modelo del big bang sobre la temperatura de los neutrinos y porque se prevé que sean las segundas partículas más abundantes en el universo? Posiblemente muchas otras razones, por eso hice la pregunta.
Creo que el modelo BB ya se ha probado mejor con los gravitones (si los resultados de BICEP2 se confirman con otras configuraciones). En cualquier caso, este enlace scienceblogs.com/startswithabang/2013/07/17/… dice que la tarea es imposible "Si quieres saber qué puedes hacer para ganar un Premio Nobel, encuentra una forma de detectarlos y ¡el Premio Nobel de física seguramente será tuyo!"
Solo leyendo el título inmediatamente pensé: puedes comprar un telescopio de neutrinos (no CoTS): Super-K tomó imágenes del sol en neutrinos . Tenga en cuenta que el núcleo productor de neutrinos del sol es casi como un punto y que la imagen todavía tiene varias decenas de grados de ancho. Por supuesto, los neutrinos reliquia son un problema muy diferente y mucho más difícil.
Aquí hay una excelente presentación sobre los desafíos técnicos, que da pistas sobre la ciencia posible. int.washington.edu/talks/WorkShops/int_10_44W/People/…
IceCube es un telescopio de neutrinos que observa el cielo del hemisferio norte a través del centelleo de neutrinos que han viajado a través de la Tierra y centellean en el glaciar antártico.
Haría exactamente lo mismo que el CMB: podríamos estudiar las fluctuaciones, etc., pero la instantánea sería de un momento diferente, así que más datos para diezmar los muchos modelos. Tenga en cuenta que la C v B pasa por una transición entre ultrarrelativista y no relativista en el camino hacia nuestro telescopio, por lo que habría cierta degeneración entre el desacoplamiento temperatura/tiempo y la historia de expansión del universo.

Respuestas (2)

Así que durante las últimas 48 horas he estado investigando un poco sobre mi propia pregunta de por qué sería importante poder detectar o incluso obtener imágenes de neutrinos reliquia.

Quizás el resumen más sucinto se pueda encontrar en estas diapositivas http://cosmo2014.uchicago.edu/depot/talk-long-andrew.pdf

Estos sugieren que hay 3 tipos de respuesta:

La del cosmólogo, que debido a que los neutrinos se desacoplan solo 1 segundo después del big-bang, empujan nuestra comprensión y prueban nuestro modelo a límites más extremos que los del CMB ( ∼ 10 5 años) o incluso la nucleosíntesis big-bang ( ∼ 3 minutos). El modelo BB sugiere que el fondo tiene una distribución de Fermi-Dirac a 1,95K y debería haber 56 neutrinos/cc (con el mismo número de antineutrinos) en el Universo actual (modificado por los efectos a continuación).

El físico de partículas - que el fondo de neutrino reliquia ahora debería ser no relativista; la velocidad media es

v ≃ 160 ( 1 + z )   ( mi V metro v )     k metro   s − 1 ,
donde z es el corrimiento al rojo y metro v la masa del neutrino, y está sujeta a la influencia de los campos gravitatorios de los cúmulos de galaxias (en z<2), la Vía Láctea e incluso el Sol. Esto modifica su distribución de espacio de fase lejos de una distribución de Fermi-Dirac espacialmente uniforme. Las mediciones del fondo pueden darnos más información sobre la(s) masa(s) de neutrinos, si los neutrinos se descomponen, pueden descubrir neutrinos estériles y pueden decidir entre neutrinos Majorana y Dirac. Simultáneamente (o de forma degenerada) puede decirnos algo sobre la historia de la forma y el tamaño del halo de materia oscura de la Vía Láctea. Ringwald y Wong (2004) también sugieren que la tomografía de neutrinos reliquia podría ser posible, prediciendo sobredensidades de factores de 5 hacia el cúmulo de Virgo, por metro v = Neutrinos de 0,15 eV, resueltos con una resolución de 2 grados.

https://arxiv.org/abs/1404.0680

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

Los experimentalistas: ¡que si puedes detectarlos, el premio Nobel es tuyo! Parece que, a pesar de algunos comentarios pesimistas, el juego realmente está en marcha, es decir, los experimentos PTOLEMY y KATRIN tienen como objetivo detectar el C v B por captura de neutrinos por núcleos de tritio (¡pero no con resolución espacial!). Es un desafío formidable, con índices de eventos previstos de ∼ 100 año − 1 kg − 1 de objetivo de tritio.

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

Responderé a esto ya que @rob, quien proporcionó el enlace que brinda un resumen de los métodos propuestos y las dificultades técnicas, no lo está haciendo (no se garantiza que los comentarios sean invariables en el tiempo en este sitio).

Es cierto que medir la radiación del Fondo Cósmico de Microondas ha sido extremadamente importante en el desarrollo del modelo del comienzo del universo llamado Big Bang. . La radiación reliquia es radiación que se ha desacoplado de las intensas interacciones que ocurren en la sopa primordial de partículas. En el caso de los fotones, CMB, el desacoplamiento ocurre 380.000 años después del BB.

Esta imagen da una idea de la evolución de las interacciones y desacoplamientos en la sopa primordial. Para obtener tales imágenes, uno usa toda la panoplia de conocimiento de las interacciones de la física de partículas elementales, los modelos teóricos que se ajustan a los datos.

desacoplamientos del big bang

De esto vemos que el neutrino se desacopla en aproximadamente 1 segundo, dependiendo por supuesto de los cálculos, como se muestra en este enlace . Una gran mejora de 380.000 años, y la distribución de reliquias llevará información sobre el período anterior.

En esta trama del artículo wiki sobre BB

Big Bang

Vemos que la detección de neutrinos reliquia dará información sobre el desarrollo del universo entre 10^-32 segundos, que es el tiempo que la onda gravitacional se desacopla, hasta el momento en que el neutrino se desacopla. El experimento BICEP2 ha conseguido mapear la radiación de desacoplamiento gravitacional de una forma ingeniosa, utilizando la polarización de fotones CMB (el artículo ha sido publicado). Por lo tanto, si obtenemos la instantánea de neutrinos, veremos la evolución en el tiempo de las heterogeneidades que crearon la densidad actual de supercúmulos de galaxias y cúmulos de galaxias. Un marco consistente aumentará la validez de la hipótesis que ingresa al modelo del Big Bang.

Será importante que los experimentadores logren detectar los neutrinos primordiales, pero como muestra el primer enlace, las dificultades técnicas aún no se han superado debido a la muy baja energía de los neutrinos reliquia y su débil interacción con la materia. Sin embargo, los físicos de neutrinos están pensando en métodos.

Como dijo Dmckee en un comentario, los telescopios de neutrinos existen, pero no para energías mucho más bajas que los neutrinos solares.

sí, estás en lo correcto. Leí mal la trama
Al volver a leer su respuesta, atribuyó erróneamente el primer enlace a "robar", pero en realidad puse el enlace a la presentación de Formaggio e hice la pregunta en primer lugar. Si pudiera responderla, lo haría, pero no soy cosmólogo. Estoy particularmente interesado en cómo la masa del neutrino podría resultar de esto; ¿Qué tamaño podrían tener las fluctuaciones primordiales en el C v B ser comparado con el CMB; cómo esto pone a prueba los modelos inflacionarios; lo que podría decirnos sobre la materia oscura, etc.
Perdón por la falta de atribución, ¡usted tiene el mismo nombre! No creo que la masa de neutrinos pueda salir del fondo cósmico de neutrinos; se supone que las fluctuaciones se resolverán cuando finalice la edad de inflación, 10 ^ -32 segundos más o menos. Está pidiendo demasiado de una medición especulativa. Todavía no existe un modelo teórico claro para la materia oscura, y hasta que no se proponga, ni siquiera sabemos si los neutrinos tienen un papel.
Pero no se "agrupen" los neutrinos masivos alrededor de las estructuras a medida que se enfrían y se vuelven no relativistas. Si sabemos algo sobre las estructuras, ¿no aprendemos sobre la masa del neutrino? es decir, cuando digo "fluctuaciones", estas pueden no ser sólo primordiales, sino más parecidas al efecto Sunyaev-Zeldovich en el CMB.
Las masas de neutrinos son tan pequeñas que solo se les pueden establecer límites a partir de las oscilaciones, y están interactuando débilmente, por eso se desacoplan primero. Si se agrupan en el período anterior a 1 segundo, será mucho menor que la agrupación de todo lo demás, en mi opinión.
No, quiero decir que se agrupan mucho más tarde, cayendo en los potenciales de galaxias y cúmulos.
No lo hacen, que yo sepa, a menos que estén en línea directa para alcanzar uno. Su velocidad es muy cercana a c y la atracción gravitacional no tiene posibilidad.
kicp.uchicago.edu/~odom/compton_files/… esto analiza la agrupación y las masas con respecto a los neutrinos reliquia
Este artículo dice que caen en potenciales en escalas de 10Mpc y que las masas de neutrinos más pesadas son ~0.1eV. A una temperatura de 1,96 K, las velocidades rms de tales partículas son solo 0,07 c, por lo que no se acercan mucho a c. Supongo que tales firmas de agrupamiento de neutrinos serían visibles en el C v B.
No, no serían visibles porque los neutrinos se desacoplaron cuando tenían mucha más energía. Su energía ha estado cayendo debido a la expansión del universo si los medimos ahora, pero las formas que llevan serán las formas de las faltas de homogeneidad cuando se desacoplan. Los atrapados no se verían en nuestro telescopio de neutrinos, si es que alguna vez se construye.
lo que es interesante es la conexión con la masa de neutrinos y los cúmulos de galaxias, aunque no sé qué tan sólido es esto.
lo siento, pero no vi esto desde que había estado fuera.
Solo iba a señalar el trabajo que puede ver referenciado en mi respuesta que analiza las asimetrías y la aglomeración en el espacio de fase de la C v B (y cómo es diagnóstico de masa de neutrino, etc.)
Si pudiéramos construir un telescopio para ver el fondo cósmico de neutrinos, ¿qué veríamos?
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