超新星中的中微子流体可能指向新物理学 - 物理世界

根据计算，恒星爆炸中产生的中微子可能指向标准模型之外的物理现象 张博文 和美国俄亥俄州立大学的同事。 他们的工作解释了假设的相互作用如何影响核心塌缩超新星中产生的中微子脉冲——这可以在现有和未来的超新星观测中看到。

中微子是低质量、电中性的亚原子粒子，可以在物质中长距离传播而不发生相互作用。 它们是由一些天体物理过程大量产生的，天文学家使用巨大的探测器来研究到达地球的中微子。 除了告诉我们一些有关天体物理学的知识之外，研究这些宇宙中微子还可以深入了解粒子本身的性质。

现在，张的团队已经探索了超新星爆炸可能引发粒子物理学标准模型无法解释的中微子行为的可能性。

极端条件

标准模型认为中微子通过弱核力或引力相互作用。 但在核心塌缩超新星期间，粒子预计会变得非常密集，以至于它们彼此散射的频率比平时要高得多。 在这种极端条件下，一些超越标准模型的理论表明，可能会出现一种称为“增强自相互作用”（νSI）的假设相互作用。 预计这种相互作用比弱相互作用强几个数量级，因此应该会影响此类超新星中中微子的行为。

对于天文学家来说，观察这种效应的机会出现在 1987 年，当时三个中微子探测器记录到来自 SN 25A 的 1987 个中微子。 SN 1987A 是一颗核心塌缩超新星，发生在距离我们仅 168,000 光年的大麦哲伦星云中。

总的想法是，νSI 应该影响在地球上检测到的中微子脉冲的性质。 然而，在该事件发生后的几十年里，物理学家一直在努力计算 SN 1987A 中微子信号中可观察到的效应，以证实 νSI 的存在。

相对论流体动力学

在他们的研究中，张的团队通过考虑中微子从核心塌陷超新星中心新形成的中子星向外流动来重新审视这个问题。 在相对论流体动力学的约束下，他们的计算表明νSI会导致粒子集体作用，形成致密、紧耦合和膨胀的流体。

研究人员还建议，这种扩张可能遵循两种可能的路径。 在第一种情况下，中微子会突然爆发。 结果将是中微子流体远远超出中央中子星——这意味着天文学家观测到的中微子脉冲将持续更长时间。 在第二种情况下，中微子在密度较低的稳定风中流动。 在这里，νSI 的影响会在靠近中子星的地方消失，导致中微子脉冲更短。

一些宇宙中微子可能毕竟不是宇宙的

Chang 的团队现在希望他们的想法能够用于进一步的计算，使天文学家能够在 SN 1987A 的中微子数据中识别出 νSI 的证据。 “超新星的动力学很复杂，但这个结果是有希望的，因为通过相对论流体动力学，我们知道现在在理解它们如何工作的道路上存在一个岔路口，”张说。

根据他们对超新星内部中微子产生的了解，研究人员预测他们的稳定风理论比爆发流出的情况更有可能 - 但目前，需要做更多的工作来确定这两种现象是否可能发生在同一次爆炸中。

最终，一旦在银河系或其邻近星系观测到新的超新星，他们的发现将使天文学家更容易收集νSI的证据——尽管这可能还需要几十年的时间。 “我们总是祈祷另一颗银河超新星很快就会在某个地方发生，但我们能做的最好的事情就是在它发生之前尽可能多地利用我们所知道的知识，”张说。

该研究描述于 “物理评论快报”.

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