Fysikere har taget et spring fremad med at forstå, hvordan spektralpartikler kaldet neutrinoer kan interagere med hinanden, og modellere, hvordan neutrinoer, der undslipper ud i rummet fra eksploderende stjerner, flyder som væske ved høje hastigheder.
Sådanne interaktioner mellem neutrinoer kan have betydning for forståelsen stort brag samt fysik ud over Standard model. Men for at bekræfte, hvordan disse undvigende interaktioner sker, bliver astronomer nødt til at vente på den næste supernova i vores Mælkevejen galakse.
Af alle partiklerne i fysikkens standardmodel er neutrinoer dem, som forskerne ved mindst om. De har meget små massernæppe interagerer med normalt stof, kan spontant ændre identitet fra én type neutrino til en anden og er allestedsnærværende i hele verden. univers – der passerer billioner af neutrinoer gennem din krop lige nu.
Relaterede: Forskere finder ‘spøgelsespartikler’, der spyr ud fra vores Mælkevejsgalakse i skelsættende opdagelse (video)
Neutrinoer er også svære at opdage. Det ville tage en lysår lang blystang at stoppe kun halvdelen af neutrinoerne, der passerer gennem dig. De interagerer med stof så sjældent, at verdens førende neutrinodetektor, den IceCube neutrino observatorium på Sydpolen registrerer den i gennemsnit kun 275 neutrinoer om dagen.
Nogle gange er der dog en stigning i neutrinoer, for eksempel fra et nærliggende sted supernova. Den nærmeste supernova observeret i over 400 år var SN 1987A, i Stor Magellansk Sky, en satellitgalakse i vores Mælkevej. Det anslås at have produceret svimlende 10^58 neutrinoer, men detektorer på Jorden har kun observeret 25. Men Ohio State University-forskere har nu brugt disse 25 detektioner til at undersøge den mystiske mulighed for, at neutrinoer er i stand til at interagere med hinanden.
Ifølge standardmodellen skulle neutrinoer være i stand til at interagere med hinanden. Sådanne vekselvirkninger kan have enorme konsekvenser og være med til at forklare blandt andet neutrinomassernes oprindelse, fordi der er så mange neutrinoer i universet, hvordan kunne de efterlade et aftryk på kosmisk mikrobølge baggrund (CMB) stråling fra Big Bang, fordi universet mangler antistof og også hvordan neutrinoer kunne have bidraget til dannelsen af mørkt stof i det tidlige univers. Denne forbindelse opstår fra en neutrinos evne til at oscillere i forskellige smagsvarianter – normalt enten elektroner, leptoner og tau-neutrinoer, men en fjerde form for neutrino kaldet en steril neutrino er også blevet postuleret. Den sterile neutrino er en mulig kandidat til identiteten af mørkt stof. Der er dog indtil videre ikke fremkommet eksperimentelt bevis for sterile neutrinoer.
For bedre at forstå disse neutrino-selv-interaktioner modellerede Ohio State-teamet, ledet af astrofysiker Po-Wen Chang, udseendet af neutrinosignalet fra SN 1987A baseret på relativistisk hydrodynamik, som beskriver, hvordan partikler, der er tæt koblet til hinanden og virker. som en væske opfører sig, når den bevæger sig tæt på lysets hastighed, hvilket neutrinoer gør. At fungere som en slags quasi-væske på denne måde ville tillade neutrinoer at interagere med hinanden.
Under relativistisk hydrodynamik kunne neutrinoer “flyde” fra en supernova på en af to måder. Den første er som en “eksplosiv udstrømning”, som er analog med sprængningen af en ballon i rummet og den resulterende energi, der driver sig selv i alle retninger. Den anden – og menes at være mere sandsynlig – mulighed er som en “vindudstrømning”, der forestiller sig energi, der slipper ud fra den knitrende ballon gennem et utal af dyser, som ville producere en mere væsentlig neutrinostrøm. Hver type udstrømning ville producere sit eget distinkte mønster i neutrinosignalet fra en supernova. Changs team fandt dog ud af, at knapheden på neutrinoer opdaget af SN 1987A endnu ikke er tilstrækkelig til at udelukke begge mekanismer.
“Supernova-dynamik er kompliceret, men dette resultat er lovende, fordi vi med relativistisk hydrodynamik ved, at der er en korsvej i at forstå, hvordan de fungerer nu,” sagde Po-Wen Chang i en erklæring.
RELATEREDE HISTORIER:
— “Neutrino-fabrikker” kan indeholde løsningen på mysteriet om kosmiske stråler
— Fokus på ‘Spøgelsespartikel’: Forskere har sat en øvre grænse for massen af neutrinoer
— Large Hadron Collider-eksperimentet studerer den lille masse af neutrinoen
Holdet understregede, at deres arbejde er et stort skridt fremad i at forstå, hvordan neutrinoer spredes fra en eksploderende stjerne. Når den nøjagtige mekanisme er identificeret, vil fysikere have en bedre idé om, hvordan neutrinoer kan interagere med hinanden. For at gøre det vil det kræve nye data fra en anden nærliggende supernova, hvorfra neutrinoer kan testes for både burst- og vindfluxmekanismer. Problemet er, at en synlig supernova i Mælkevejsgalaksen eller en af dens nærliggende satellitter faktisk er en sjælden ting.
“Vi beder altid om, at en anden galaktisk supernova sker et sted og snart, men det bedste, vi kan gøre, er at prøve at bygge videre på det, vi ved, så meget som muligt, før det sker,” sagde Chang.
Neutrino-interaktioner ses også som en gateway til ny fysik ud over Standardmodellen. At udvide vores viden om fysik til revolutionerende nye områder er vigtigt for fysikere, som forsøger at forklare mange af kosmologiens største mysterier, herunder mørkt stof, mørk energi, spændinger i målinger af universets ekspansion og den grundlæggende natur af stof og rum. tid.
Holdets resultater blev offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Fysiske anmeldelsesbreve