Natuurkundigen hebben een grote sprong voorwaarts gemaakt in het begrijpen van hoe spookachtige deeltjes, neutrino’s genaamd, met elkaar omgaan, door te modelleren hoe neutrino’s uit exploderende sterren de ruimte in stromen als een vloeistof met hoge snelheid.
dergelijke interacties tussen neutrino’s Het kan gevolgen hebben voor het begrip de grote explosie Evenals de fysica erachter standaard vorm. Om echter te bevestigen hoe deze ongrijpbare interacties plaatsvonden, zullen astronomen moeten wachten op de volgende Supernova in ons gebied Melkweg.
Van alle deeltjes in het standaardmodel van de natuurkunde zijn neutrino’s het minst bekend bij wetenschappers. zij hebben Zeer kleine blokjesnauwelijks in wisselwerking met normale materie, kan spontaan van identiteit veranderen van het ene type neutrino in het andere en alomtegenwoordig zijn in wezen Er gaan op dit moment biljoenen neutrino’s door je lichaam.
Verwant: Wetenschappers ontdekken ‘spookdeeltjes’ van de Melkweg in een baanbrekende ontdekking (video)
Neutrino’s zijn ook moeilijk te detecteren. Er zou een lichtjaar aan loden tape nodig zijn om te voorkomen dat de helft van de neutrino’s door je heen gaan. Ze interageren zo onregelmatig met materie dat ‘s werelds toonaangevende neutrinodetector, W IceCube Neutrino-observatorium Op de Zuidpool detecteert het gemiddeld 275 neutrino’s per dag.
Soms is er echter een plotselinge golf van neutrino’s, bijvoorbeeld van dichtbij Supernova. De dichtstbijzijnde supernova die meer dan 400 jaar geleden werd waargenomen, was SN 1987A, in Grote Magelhaense WolkEen satellietstelsel van onze Melkweg. Er wordt geschat dat het een ongelooflijk aantal 10^58 neutrino’s heeft geproduceerd, maar detectoren op aarde hebben er slechts 25 gedetecteerd. Onderzoekers van de Ohio State University hebben deze 25 ontdekkingen echter gebruikt om de mysterieuze mogelijkheid te onderzoeken dat neutrino’s met elkaar kunnen communiceren.
Volgens het Standaardmodel zouden neutrino’s met elkaar moeten kunnen interageren. Dergelijke interacties kunnen dramatische gevolgen hebben en helpen onder andere de oorsprong van neutrinomassa’s te verklaren, waarom er zoveel neutrino’s in het universum zijn en hoe ze een stempel kunnen drukken op Kosmische microgolfachtergrond (CMB) Van de oerknal, waarom Het universum mist het antimaterie En zelfs hoe neutrino’s hielpen vormen donkere materie In het begin van het heelal. Deze associatie komt voort uit het vermogen van neutrino’s om in verschillende smaken te oscilleren – meestal elektron-, lepton- en tau-neutrino’s, maar er is ook gepostuleerd een vierde vorm van neutrino, de steriele neutrino genoemd. De gesteriliseerde neutrino is een potentiële kandidaat voor identificatie van donkere materie. Er is echter nog geen experimenteel bewijs van steriele neutrino’s gevonden.
Om de zelfinteracties van neutrino’s beter te begrijpen, modelleerde het Ohio State-team, geleid door astrofysicus Bo-Wen Chang, hoe het neutrinosignaal van SN 1987A eruit zou zien op basis van relativistische hydrodynamica, die beschrijft hoe deeltjes stevig aan elkaar gebonden zijn en zich gedragen als een vloeistof wanneer bewegen met een snelheid van dichtbij dan de lichtsnelheid, en dat is wat neutrino’s doen. Door op deze manier als een soort semi-vloeistof te werken, zouden de neutrino’s met elkaar kunnen communiceren.
Onder relativistische hydrodynamica kunnen neutrino’s op twee manieren uit een supernova “stromen”. De eerste is als een “ontploffingsuitstroom”, die vergelijkbaar is met het knappen van een ballon in de ruimte en de resulterende energie duwt in alle richtingen. De tweede mogelijkheid – en een die waarschijnlijker wordt geacht – is “fluxwind”, waarbij energie wordt voorgesteld die uit een barstende ballon lekt door een groot aantal mondstukken, wat resulteert in een meer uniforme stroomsnelheid van neutrino’s. Elk type uitstroom zal zijn eigen specifieke patroon produceren in het neutrinosignaal van de supernova. Het team van Zhang ontdekte echter dat de schaarste aan neutrino’s die werden gedetecteerd door SN 1987A nog niet voldoende is om beide mechanismen uit te sluiten.
“Supernova-dynamiek is complex, maar dit resultaat is veelbelovend omdat we met relativistische hydrodynamica weten dat er een kruispunt is om te begrijpen hoe het nu werkt”, zei Pu Wenchang. stelling.
Het team bevestigde dat hun werk een grote stap voorwaarts is in het begrijpen hoe neutrino’s zich verspreiden van een exploderende ster. Zodra het exacte mechanisme is bepaald, zullen natuurkundigen een beter idee hebben van hoe neutrino’s met elkaar omgaan. Om dit te bereiken, zouden nieuwe gegevens van een andere nabije supernova nodig zijn, waarmee neutrino’s kunnen worden getest op zowel uitbarstingsmechanismen als windstroming. Het probleem is dat een zichtbare supernova in de Melkweg of een van zijn naburige satellieten eigenlijk zeldzaam is.
“We bidden altijd dat er ergens en snel weer een galactische supernova zal plaatsvinden, maar het beste wat we kunnen doen, is zoveel mogelijk proberen voort te bouwen op wat we weten voordat het gebeurt,” zei Zhang.
Neutrino-interacties worden ook gezien als een toegangspoort tot nieuwe fysica buiten het standaardmodel. Het uitbreiden van onze kennis van de natuurkunde naar revolutionaire nieuwe gebieden is belangrijk voor natuurkundigen die veel van de grootste mysteries van de kosmologie willen verklaren, waaronder donkere materie, donkere energie, spanning in de uitdijingsmetingen van het universum en de fundamentele aard van materie en ruimte-tijd.
De bevindingen van het team werden deze week gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven
More Stories
China is van plan het Tiangong-ruimtestation uit te breiden; Stel deze in op “Space Rule” omdat het ISS wordt uitgeschakeld
De Verenigde Staten detecteren het eerste geval van de H5N1-vogelgriep bij een varken, wat aanleiding geeft tot bezorgdheid voor de mens
NASA zal in 2025 de ruimtewandelingen aan boord van het internationale ruimtestation hervatten na een lek in het ruimtepak