Fluidele neutrino din supernove ar putea indica o nouă fizică – Physics World

Fluidele neutrino din supernove ar putea indica o nouă fizică – Physics World

Marca temporală: 6 septembrie 2023 12:22
Nodul sursă: 2866448

Imagine compozită a SN 1987A
Situație fluidă: imagine compozită a rămășiței SN 1987A. Neutrinii din astfel de supernove ar putea oferi indicii despre fizică dincolo de Modelul Standard. (Cu amabilitatea: Alma/NASA/ESA)

Neutrinii creați în stelele care explodează ar putea indica fizica dincolo de Modelul standard, conform calculelor făcute de Po-Wen Chang și colegii de la Ohio State University din SUA. Lucrarea lor explică modul în care o interacțiune ipotetică afectează pulsul neutrinilor care este generat într-o supernovă cu colaps de miez - ceva ce ar putea fi văzut în observațiile existente și viitoare ale supernovelor.

Neutrinii sunt particule subatomice de masă mică și neutre din punct de vedere electric care pot călători pe distanțe lungi prin materie fără a interacționa. Sunt produse în cantități mari de unele procese astrofizice, iar astronomii folosesc detectoare uriașe pentru a studia neutrinii care ajung pe Pământ. Pe lângă faptul că ne spune ceva despre astrofizică, studierea acestor neutrini cosmici poate oferi perspective asupra naturii particulelor în sine.

Acum, echipa lui Chang a explorat posibilitatea ca exploziile de supernove să declanșeze comportamente de neutrino care nu pot fi explicate prin modelul standard al fizicii particulelor.

Condiții extreme

Modelul standard spune că neutrinii interacționează între ei prin forța nucleară slabă sau gravitația. Dar în timpul supernovelor de colaps al miezului, se așteaptă ca particulele să devină atât de dens împachetate încât se împrăștie unele pe altele mult mai frecvent decât de obicei. În astfel de condiții extreme, unele teorii care depășesc modelul standard sugerează că ar putea apărea o interacțiune ipotetică numită „auto-interacțiune îmbunătățită” (νSI). Se prevede că această interacțiune va fi cu ordine de mărime mai puternică decât interacțiunea slabă și, prin urmare, ar trebui să afecteze comportamentul neutrinilor în astfel de supernove.

Pentru astronomi, o oportunitate de a observa acest efect a venit în 1987, când 25 de neutrini de la SN 1987A au fost înregistrați în trei detectoare de neutrini. SN 1987A a fost o supernovă cu colaps al miezului care a apărut la doar 168,000 de ani lumină distanță în Marele Nor Magellanic.

Ideea generală este că νSI ar fi trebuit să afecteze natura pulsului de neutrini care a fost detectat aici pe Pământ. Cu toate acestea, în deceniile care au urmat evenimentului, fizicienii s-au străduit să calculeze efecte observabile în semnalul neutrin al SN 1987A care ar stabili existența νSI.

Hidrodinamică relativistă

În studiul lor, echipa lui Chang a revizuit problema luând în considerare neutrinii care curg în exterior din noua stea neutronică care se formează în centrul unei supernove cu colaps de miez. Sub constrângerile hidrodinamicii relativiste, calculele lor au arătat că νSI ar determina particulele să acționeze colectiv pentru a forma un fluid dens, strâns cuplat și în expansiune.

Cercetătorii sugerează, de asemenea, că această expansiune ar putea urma două căi posibile. În primul scenariu, neutrinii ar curge într-o explozie bruscă. Rezultatul ar fi un fluid neutrin care se extinde cu mult dincolo de steaua centrală de neutroni – ceea ce înseamnă că pulsul neutrin observat de astronomi va dura mai mult. În al doilea caz, neutrinii curg în schimb într-un vânt constant cu o densitate mai mică. Aici, efectele νSI ar dispărea mai aproape de steaua neutronică, rezultând un puls de neutrini mai scurt.

Echipa lui Chang speră acum că ideile lor vor fi folosite în calcule suplimentare care le-ar putea permite astronomilor să identifice dovezi ale νSI în datele despre neutrini din SN 1987A. „Dinamica supernovelor este complicată, dar acest rezultat este promițător, deoarece, cu hidrodinamica relativistă, știm că există o bifurcație în înțelegerea modului în care funcționează acum”, spune Chang.

Pe baza cunoștințelor lor despre producția de neutrini în interiorul supernovelor, cercetătorii prevăd că teoria vântului lor constant este mai probabilă decât cazul izbucnirii în explozie - dar pentru moment, va fi nevoie de mai multă muncă pentru a determina dacă ambele fenomene ar putea avea loc sau nu în aceeași explozie. .

În cele din urmă, descoperirile lor le-ar putea face mult mai ușor pentru astronomi să adune dovezi pentru νSI odată ce noi supernove sunt observate în Calea Lactee sau în vecinătatea ei galactică – deși acestea ar putea fi încă decenii în urmă. „Ne rugăm mereu pentru ca o altă supernovă galactică să se întâmple undeva și în curând, dar cel mai bine putem face este să încercăm să construim pe ceea ce știm cât mai mult posibil înainte de a se întâmpla”, spune Chang.

Cercetarea este descrisă în Scrisori de recenzie fizică.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii