Tre smagsvarianter er bedre end én - i is og supernovaforskning

Enhver napolitansk iselsker ved, at tre smagsvarianter er bedre end én. Ny forskning fra Northwestern University har fundet ud af, at ved at studere alle tre "smag" involveret i en supernova, de har låst op for flere spor om, hvordan og hvorfor stjerner dør.

Forskere ser på neutrinoer (subatomære partikler) for at få kritisk information om supernovaeksplosioner. Mens tidligere forskning identificerede tre "smag" af neutrinoer, mange forskere fortsatte med at forenkle undersøgelser om emnet ved at studere "vanilje", mens de ignorerede "chokolade" og "jordbær."

Ved at inkludere alle tre smagsvarianter i undersøgelsen, Nordvestlige forskere har udviklet en dybere viden om døende stjerner og er begyndt at optrevle eksisterende hypoteser.

Undersøgelsen blev offentliggjort onsdag d. 16. december, i journalen Fysisk gennemgangsbreve .

I en supernovaeksplosion, 99 % af den døde stjernes energi udsendes gennem neutrinoer. At rejse næsten med lysets hastighed og interagere ekstremt svagt med stoffet, neutrinoer er de første budbringere, der når jorden og indikerer, at en stjerne er død.

Siden deres første opdagelse i 1950'erne, partikelfysikere og astrofysikere har gjort vigtige fremskridt med hensyn til at forstå, opdage og skabe neutrinoer. Men for at begrænse kompleksiteten af ​​modeller, mange mennesker, der studerer subatomære partikler, gør antagelser for at forenkle forskningen - f.eks. at ikke-elektron neutrinoer opfører sig identisk, når de drives frem fra en supernova.

Noget af det, der gør at studere neutrinoer så kompliceret, er, at de kommer fra kompakte genstande (indersiden af ​​en stjerne) og derefter interagerer med hinanden, sagde seniorforfatter Manibrata Sen, en postdoc-forsker, der i øjeblikket er baseret på Northwestern under Network for Neutrinos, Nuklear astrofysik og symmetri-program ved University of California-Berkeley. Det betyder, at når én smag er påvirket, meget som et smeltekar med napolitansk is, dens udvikling påvirkes af alle andre i systemet.

"Du kan ikke skabe betingelser for at have neutrinoer, der interagerer med hinanden på Jorden, " sagde Sen. "Men i kompakte genstande, du har en meget høj tæthed af neutrinoer. Så nu interagerer hver neutrino med hinanden, fordi der er så mange omkring."

Som resultat, når et enormt antal neutrinoer bliver sendt foruroligende under den massive eksplosion af en kerne-kollaps supernova, de begynder at svinge. Interaktioner mellem neutrinoer ændrer hele systemets egenskaber og adfærd, skabe et parforhold.

Derfor, når neutrinotætheden er høj, en brøkdel af neutrinoer udveksler smag. Når forskellige smage udsendes i forskellige retninger dybt inde i en stjerne, konverteringer sker hurtigt og kaldes "hurtige konverteringer". Interessant nok, forskningen viste, at når antallet af neutrinoer vokser, det samme gør deres konverteringsrater, uanset masse.

I undersøgelsen, videnskabsmanden skabte en ikke-lineær simulering af en "hurtig konvertering", når tre neutrinosmage er til stede, hvor en hurtig omdannelse er præget af neutrinoer, der interagerer og ændrer smag. Forskerne fjernede antagelsen om, at de tre varianter af neutrinoer - myon, elektron- og tau-neutrinoer - har samme vinkelfordeling, giver dem hver sin fordeling.

En to-smagsopsætning af det samme koncept ser på elektronneutrinoer og "x" neutrinoer, hvor x kan være enten myon eller tau neutrinoer, og hvor forskellene mellem de to er ubetydelige.

"Vi har vist, at de faktisk alle er relevante, og at ignorere tilstedeværelsen af ​​myoner er ikke en god strategi, " sagde Sen. "Ved at inkludere dem viser vi tidligere resultater er ufuldstændige, og resultaterne ændrer sig drastisk, når du udfører en undersøgelse med tre smagsvarianter."

Mens forskningen kan have store implikationer i både partikel- og astrofysik, selv modeller brugt i denne forskning inkluderede forenklinger. Holdet håber at gøre deres resultater mere generiske ved at inkludere rumlige dimensioner ud over komponenter af momentum og tid.

I mellemtiden, Sen sagde, at han håber, at hans teams forskning vil hjælpe samfundet med at omfavne mere kompleksitet i deres studier.

"Vi forsøger at overbevise samfundet om, at når du tager disse hurtige konverteringer i betragtning, du skal bruge alle tre smagsvarianter for at forstå det, " sagde han. "En ordentlig forståelse af hurtige svingninger kan faktisk holde nøglen til, hvorfor nogle stjerner eksploderer fra supernovaer."