Los fluidos de neutrinos en las supernovas podrían apuntar a una nueva física – Physics World

Los neutrinos creados en estrellas en explosión podrían apuntar a una física más allá del modelo estándar, según cálculos realizados por Po-Wen Chang y colegas de la Universidad Estatal de Ohio en Estados Unidos. Su trabajo explica cómo una interacción hipotética afecta el pulso de neutrinos que se genera en una supernova de colapso del núcleo, algo que podría verse en observaciones de supernovas existentes y futuras.

Los neutrinos son partículas subatómicas eléctricamente neutras y de baja masa que pueden viajar largas distancias a través de la materia sin interactuar. Se producen en grandes cantidades mediante algunos procesos astrofísicos y los astrónomos utilizan enormes detectores para estudiar los neutrinos que llegan a la Tierra. Además de decirnos algo sobre astrofísica, el estudio de estos neutrinos cósmicos puede proporcionar información sobre la naturaleza de las propias partículas.

Ahora, el equipo de Chang ha explorado la posibilidad de que las explosiones de supernovas puedan desencadenar comportamientos de neutrinos que no pueden explicarse mediante el modelo estándar de física de partículas.

Condiciones extremas

El modelo estándar dice que los neutrinos interactúan entre sí a través de la fuerza nuclear débil o la gravedad. Pero durante las supernovas de colapso del núcleo, se espera que las partículas se agrupen tan densamente que se dispersen entre sí con mucha más frecuencia de lo habitual. En condiciones tan extremas, algunas teorías que van más allá del modelo estándar sugieren que podría surgir una interacción hipotética llamada “autointeracción mejorada” (νSI). Se predice que esta interacción será de órdenes de magnitud más fuerte que la interacción débil y, por lo tanto, debería afectar el comportamiento de los neutrinos en tales supernovas.

Para los astrónomos, la oportunidad de observar este efecto llegó en 1987, cuando se registraron 25 neutrinos de SN 1987A en tres detectores de neutrinos. SN 1987A fue una supernova con colapso del núcleo que se produjo a sólo 168,000 años luz de distancia, en la Gran Nube de Magallanes.

La idea general es que νSI debería haber afectado la naturaleza del pulso de neutrinos que se detectó aquí en la Tierra. Sin embargo, en las décadas posteriores al evento, los físicos han luchado por calcular los efectos observables en la señal del neutrino de SN 1987A que establecerían la existencia de νSI.

Hidrodinámica relativista

En su estudio, el equipo de Chang revisó el problema considerando los neutrinos que fluyen hacia afuera desde la estrella de neutrones recién formada en el centro de una supernova de colapso del núcleo. Bajo las limitaciones de la hidrodinámica relativista, sus cálculos mostraron que νSI haría que las partículas actuaran colectivamente para formar un fluido denso, estrechamente acoplado y en expansión.

Los investigadores también sugieren que esta expansión podría seguir dos caminos posibles. En el primer escenario, los neutrinos saldrían en una explosión repentina. El resultado sería un fluido de neutrinos que se extendería mucho más allá de la estrella de neutrones central, lo que significaría que el pulso de neutrinos observado por los astrónomos duraría más. En el segundo caso, los neutrinos fluyen con un viento constante y de menor densidad. Aquí, los efectos de νSI desaparecerían más cerca de la estrella de neutrones, lo que daría como resultado un pulso de neutrino más corto.

Algunos neutrinos cósmicos pueden no ser cósmicos después de todo

El equipo de Chang ahora espera que sus ideas se utilicen en futuros cálculos que podrían permitir a los astrónomos identificar evidencia de νSI en datos de neutrinos de SN 1987A. "La dinámica de las supernovas es complicada, pero este resultado es prometedor porque con la hidrodinámica relativista sabemos que hay una bifurcación en el camino para comprender cómo funcionan ahora", dice Chang.

Basándose en su conocimiento de la producción de neutrinos dentro de las supernovas, los investigadores predicen que su teoría del viento constante es más probable que el caso de la explosión, pero por ahora, se necesitará más trabajo para determinar si ambos fenómenos podrían ocurrir en la misma explosión. .

En última instancia, sus descubrimientos podrían hacer que sea mucho más fácil para los astrónomos reunir evidencia de νSI una vez que se observen nuevas supernovas en la Vía Láctea o su vecindad galáctica, aunque es posible que todavía pasen décadas. "Siempre estamos rezando para que ocurra otra supernova galáctica en algún lugar y pronto, pero lo mejor que podemos hacer es intentar aprovechar lo que sabemos tanto como sea posible antes de que suceda", dice Chang.

La investigación se describe en Physical Review Letters.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/neutrino-fluids-in-supernovae-could-point-to-new-physics/