三种口味比一种冰淇淋和超新星研究更好

任何那不勒斯冰淇淋爱好者都知道三种口味比一种更好。美国西北大学的一项新研究发现，通过研究与超新星有关的所有三种“味道”，他们解开了更多关于恒星死亡方式和原因的线索。

科学家通过观察中微子(亚原子粒子)来获取超新星爆炸的关键信息。虽然先前的研究确定了三种“口味”的中微子，但许多研究人员继续简化关于这个主题的研究，研究“香草”，而忽略了“巧克力”和“草莓”。

通过将这三种味道纳入研究，西北大学的研究人员对濒死恒星有了更深入的了解，并开始解开现有的假说。

这项研究发表在12月16日星期三的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

在超新星爆炸中，死亡恒星99%的能量都是通过中微子释放出来的。中微子几乎以光速运行，与物质的相互作用极其微弱，是到达地球的第一批信使，预示着一颗恒星已经死亡。

自20世纪50年代首次发现以来，粒子物理学家和天体物理学家在理解、探测和创造中微子方面取得了重大进展。但是为了限制模型的复杂性，许多研究亚原子粒子的人做出假设来简化研究——例如，非电子中微子从超新星被推进时的行为是相同的。

研究中微子如此复杂的部分是他们来自紧凑的对象(一个恒星的内部),然后相互作用,资深作者Manibrata Sen说,西北大学博士后目前基于网络下的中微子,核天体物理学和对称性计划在加州大学伯克利分校。这意味着，当一种口味受到影响时，就像一桶正在融化的那不勒斯冰淇淋一样，它的演变会受到系统中所有其他口味的影响。

“你不能创造条件让中微子在地球上相互作用，”森说。“但在致密物体中，中微子密度非常高。所以现在每个中微子都在相互作用，因为周围有很多中微子。”

因此，当大量中微子在核心坍塌的超新星的大爆炸中倾斜时，它们就会开始振荡。中微子之间的相互作用改变了整个系统的性质和行为，形成了一种耦合关系。

“我们试图说服社区，当你考虑到这些快速转换，你必须使用所有三种口味来理解它。” Manibrata Sen
第一作者。

因此，当中微子密度很高时，一小部分中微子会交换味道。当不同的味道在恒星深处向不同的方向散发时，转化会迅速发生，我们称之为“快速转化”。有趣的是，该研究发现，随着中微子数量的增加，它们的转换率也在增加，而与质量无关。

在这项研究中，科学家创建了一个非线性的“快速转换”模拟，当有三种中微子味道存在时，快速转换的标志是中微子相互作用并改变味道。研究人员取消了三种中微子——介子、电子和中微子——具有相同的角分布的假设，从而使它们各自具有不同的分布。

同样的概念有两种不同的设置，即电子中微子和“x”中微子，其中x可以是介子或中微子，两者之间的差异是微不足道的。

“我们已经证明，它们实际上都是相关的，忽视μ子的存在不是一个好策略，”Sen说。“通过把它们包括进来，我们表明过去的结果是不完整的，当你进行三种味道的研究时，结果会发生巨大的变化。”

虽然这项研究可能对粒子和天体物理学都有重大影响，但即使是在这项研究中使用的模型也包括了简化。该团队希望他们的研究结果更通用，除了动量和时间的成分外，还包括空间维度。

与此同时，森表示，他希望他的团队的研究将帮助社区在他们的研究中拥抱更多的复杂性。

“我们试图说服社区，考虑到这些快速的转变，你必须使用所有这三种口味来了解它，”他说。“对快速振荡的正确理解，实际上可以掌握一些恒星从超新星爆炸的关键。”

森领导了这项研究，与来自慕尼黑马克斯普朗克物理研究所和古瓦哈蒂印度理工学院的同事合作。这项名为“超新星的快速风味转换:mu-tau中微子的兴起”的研究得到了美国国家科学基金会(获奖编号PHY-1630782)的支持。该项目还得到了海辛-西蒙斯基金会(奖项编号2017-228)的资助。

主题:研究、空间、温伯格文理学院