Los físicos han dado un paso adelante en la comprensión de cómo las partículas fantasmales llamadas neutrinos pueden interactuar entre sí al modelar cómo los neutrinos que escapan al espacio de las estrellas en explosión fluyen como un líquido a alta velocidad.
De todas las partículas del modelo estándar de la física, los neutrinos son las menos conocidas por los científicos. Ellos tienen pastas muy pequeñas apenas interactúan con la materia normal, pueden cambiar espontáneamente la identidad de un tipo de neutrino a otro y son omnipresentes en todo el universo. universo – hay trillones de neutrinos pasando por tu cuerpo ahora mismo.
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Los neutrinos también son difíciles de detectar. Se necesitaría una barra de plomo de un año luz para evitar que solo la mitad de los neutrinos pasen por ti. Interactúan con la materia tan raramente que el principal detector de neutrinos del mundo, el Observatorio de neutrinos IceCube en el Polo Sur, detecta solo 275 neutrinos en promedio por día.
A veces, sin embargo, hay un estallido de neutrinos, por ejemplo, de un Super nueva . La supernova más cercana observada en más de 400 años fue SN 1987A en el Gran Nube de Magallanes , una galaxia satélite de nuestra Vía Láctea. Se estima que produjo unos increíbles 10^58 neutrinos, pero los detectores en la Tierra solo han observado 25 de ellos. Sin embargo, investigadores de la Universidad Estatal de Ohio ya han aprovechado estas 25 detecciones para investigar la misteriosa posibilidad de que los neutrinos puedan interactuar entre sí.
Según el modelo estándar, los neutrinos deberían poder interactuar entre sí. Tales interacciones pueden tener enormes consecuencias, ayudando a explicar, entre otras cosas, el origen de las masas de neutrinos, por qué hay tantos neutrinos en el universo, cómo pueden dejar una huella en el fondo cósmico de microondas (CMB) radiación del Big Bang, ¿por qué el falta el universo antimateria e incluso cómo los neutrinos pueden haber ayudado en la formación de materia oscura en el universo primitivo. Esta conexión proviene de la capacidad de un neutrino para oscilar en diferentes sabores, generalmente neutrinos de electrones, leptones y tau, pero también se ha postulado una cuarta forma de neutrino conocida como neutrino estéril. El neutrino estéril es un posible candidato para la identidad de la materia oscura. Sin embargo, hasta ahora no ha surgido ninguna evidencia experimental de neutrinos estériles.
El remanente de la supernova 1987A, como se ve en una imagen combinada tomada por el Telescopio Espacial Hubble, el Observatorio de rayos X Chandra y ALMA. (Crédito de la imagen: NASA/ESA/A. Angelich (NRAO/AUI/NSF))
Para comprender mejor estas autointeracciones de los neutrinos, el equipo del estado de Ohio, dirigido por el astrofísico Po-Wen Chang, modeló cómo aparecería la señal de neutrinos de SN 1987A basándose en la hidrodinámica relativista, que describe cómo las partículas estrechamente acopladas actúan como un líquido cuando se comporta. se mueve cerca de la velocidad de la luz, lo que hacen los neutrinos. Actuar como una especie de cuasi-líquido de esta manera permitiría que los neutrinos interactúen entre sí.
Bajo la hidrodinámica relativista, los neutrinos podrían «fluir» desde una supernova de dos maneras. El primero es como una «corriente de explosión», que es análoga a hacer estallar un globo en el espacio y la energía resultante se empuja en todas las direcciones. La segunda posibilidad, que se considera más probable, es como un «flujo de viento», que imagina la energía que escapa del globo estallando a través de una miríada de boquillas, lo que produciría una tasa de flujo de neutrinos más constante. Cada tipo de flujo produciría su propio patrón distinto en la señal de neutrinos de una supernova. Sin embargo, el equipo de Chang descubrió que la escasez de neutrinos detectados en SN 1987A aún no es suficiente para descartar ninguno de los dos mecanismos.
«La dinámica de las supernovas es complicada, pero este resultado es prometedor porque con la hidrodinámica relativista sabemos que hay una bifurcación en el camino para comprender cómo funcionan ahora», dijo Po-Wen Chang en un declaración
El equipo enfatizó que su trabajo es un gran paso hacia la comprensión de cómo los neutrinos se dispersan desde una estrella en explosión. Una vez que se identifique el mecanismo exacto, los físicos tendrán una mejor idea de cómo los neutrinos podrían interactuar entre sí. Para lograr esto, se necesitarán nuevos datos de otra supernova cercana, a partir de la cual se puedan probar los neutrinos para detectar mecanismos de explosión y flujo de viento. El problema es que una supernova visible en la Vía Láctea o en uno de sus satélites vecinos es algo realmente raro.
«Siempre rezamos para que ocurra otra supernova galáctica en algún lugar y pronto, pero lo mejor que podemos hacer es tratar de construir tanto como sea posible sobre lo que sabemos antes de que suceda», dijo Chang.
Las interacciones de neutrinos también se consideran una puerta de entrada a una nueva física más allá del modelo estándar. Ampliar nuestro conocimiento de la física a nuevas áreas revolucionarias es importante para los físicos que buscan explicar muchos de los mayores misterios de la cosmología, incluida la materia oscura, la energía oscura, la tensión en las mediciones de la expansión del universo y la naturaleza fundamental de la materia y el espacio. tiempo.
Los resultados del equipo se publicaron esta semana en la revista cartas de revisión física
