附近的超新星可能揭示幽靈般的中微子的秘密生活 _超新星

藝術家對超新星的印象，它可以產生大量的中微子。(圖片鳴謝:NASA/CXC/M. Weiss)
據美國太空網（基思·庫珀）：物理學家在理解被稱為中微子的幽靈粒子如何相互作用方面取得了飛躍，他們模擬了從爆炸的恒星逃逸到太空中的中微子如何像高速液體一樣流動。
中微子之間的這種相互作用可能對理解大爆炸以及超越標準模型的物理學有所啟示。然而，為了證實這些難以捉摸的相互作用是如何發生的，天文學家需要等待我們銀河系中的下一顆超新星。
在物理學標準模型的所有粒子中，中微子是科學家們了解最少的。它們的質量非常??，钾擋矒]胝Ｎ鎦氏嗷プ饔?nbsp;，可以自發地從一種類型的中微子轉變為另一種類型的中微子，并且在整個宇宙中無處不在——現在有數萬億個中微子穿過你的身體。
中微子也很難被探測到。一根一光年長的鉛條才能阻擋一半穿過你的中微子。它們與物質的相互作用如此之少，以至于世界領先的中微子探測器，位于南極的冰立方中微子天文臺，平均每天只探測到275個中微子。
然而，有時中微子會激增——例如，來自附近的超新星。400多年來觀測到的最近的超新星是SN 1987A，位于我們銀河系的衛星星系大麥哲倫星云中。據估計，它產生了令人難以置信的10^58中微子，但地球上的探測器只觀測到了其中的25個。然而，俄亥俄州立大學的研究人員現在已經利用這25次檢測來研究中微子能夠相互作用的神秘可能性。
根據標準模型，中微子應該可以相互作用。這種相互作用可能會產生巨大的后果，有助于解釋大量中微子的起源，為什么宇宙中有這么多中微子，它們如何在大爆炸的宇宙微波背景(CMB)輻射上留下印記，為什么宇宙缺乏反物質，甚至中微子如何在早期宇宙中幫助形成暗物質。這種聯系來自于中微子振蕩成不同味道的能力——通常是電子、輕子和τ中微子，但第四種形式的中微子被稱為無菌中微子也已被假設。無菌中微子可能是暗物質身份的候選者之一。然而，到目前為止，還沒有發現無菌中微子的實驗證據。

超新星1987A的殘骸，由哈勃太空望遠鏡、錢德拉X射線天文臺和ALMA聯合拍攝。(圖片來源:NASA/ESA/a . Angelich(NRAO/AUI/美國國家科學基金會))
為了更好地理解這些中微子的自我相互作用，由天體物理學家Po-溫昶領導的俄亥俄州團隊根據相對論流體力學對SN 1987A的中微子信號如何出現進行了建模，相對論流體力學描述了緊密耦合在一起的粒子在接近光速時的行為，中微子就是如此。以這種方式充當一種準液體將使中微子能夠相互作用。
在相對論流體力學下，中微子可以以兩種方式之一從超新星中“流出” 。第一種是“爆發式外流”，類似于在太空中爆開一個氣球，產生的能量向四面八方擴散。第二種可能性被認為更有可能是“風外流”，它想象能量通過無數噴嘴從爆裂的氣球中逸出，這將產生更一致的中微子流率。每種類型的外流都會在超新星的中微子信號中產生自己獨特的模式。然而，Chang的團隊發現，SN 1987A探測到的中微子數量不足以排除這兩種機制中的任何一種。
“超新星的動力學是復雜的，但這一結果是有希望的，因為有了相對論流體力學，我們知道在理解它們如何工作方面現在有了一個岔路口，”Po-溫昶在一份聲明中說。
該團隊強調，他們的工作在理解中微子如何從爆炸的恒星散射方面向前邁出了一大步。一旦確定了確切的機制，物理學家將對中微子如何相互作用有更好的了解。為了實現這一點，需要來自附近另一顆超新星的新數據，從中可以測試中微子的爆發和風流機制。問題是，在銀河系或它的衛星鄰居中，可見的超新星確實很罕見。
“我們總是祈禱另一個銀河超新星在某個地方很快發生，但我們能做的最好的事情就是在它發生之前盡可能多地利用我們所知道的東西，”Chang說。
中微子的相互作用也被視為超越標準模型的新物理學的門戶。將我們的物理學知識擴展到革命性的新領域對于物理學家來說非常重要，他們希望解釋許多宇宙學的最大奧秘，包括暗物質、暗能量、宇宙膨脹測量中的張力以及物質和時空的基本性質。
該小組的結果發表在本周的《物理評論快報》雜志上。