超新星中心的"幽灵粒子"表现出复杂的量子行为

由于它们与普通物质的相互作用非常微弱，中微子在粒子物理学标准模型中被称为"幽灵粒子"。 中微子的一个有趣特性是，它们在相互作用时可以改变自己的身份或"味道"。 研究人员最近发现，在非常稠密的环境中，中微子可以通过相互作用产生强相关性（换句话说，就是量子纠缠）。 这可能发生在核心坍缩超新星或中子星合并中。 随着时间的推移，具有不同初始味道的中微子会达到相似的平衡味道和能量分布。

不同"味道"量子态的中微子（用颜色表示）通过相互作用纠缠在一起。 在核心坍缩超新星等高密度中微子环境中，这会导致不同"味道"的中微子平衡到相似的能量分布。 资料来源：费利克斯-桑切斯

超新星中的中微子

核心坍缩超新星（如科学家 1987 年在大麦哲伦星云观测到的超新星）是大质量恒星的死亡呐喊。 这些超新星是宇宙工厂，创造了钠和铝等元素。 科学家估计，超新星释放的能量有 99% 都被中微子带走了。 在超新星的能量传递和元素合成过程中，电子味中微子及其反粒子尤为重要。 了解这些中微子的能量和味道状态，有助于科学家理解核心坍缩超新星是如何爆炸的，以及它创造了哪些元素。

中微子的量子复杂性

几十年前，研究人员就已经知道，核心坍缩超新星内部中微子的味道演变是一个复杂的量子力学过程。 关于这一过程的现有文献大多基于量子版中微子输运方程的最低阶近似。 然而，这种方法忽略了中微子味量子态的多体纠缠。

揭示量子混沌及其影响

最近，科学家们研究了量子相关性，这种相关性是由于保留了早先研究这一问题时忽略的纠缠而产生的。 他们发现，使用随机矩阵理论的结果可以很好地近似中微子之间的相互作用。 这一发现还意味着，中微子的量子态会在相互影响的过程中发生混沌演化。 随后，详细的数值模拟证实了这一结果，并证明了这种混沌行为的出现。

数值结果还表明，在相互作用足够长的时间后，每个中微子都会产生类似的混合动量-味道状态。 这一新结果可以与核心坍缩超新星的数值模拟相结合。 这可能会对这些强大宇宙事件的爆炸机制和核合成产生新的启示。

编译自/SciTechDaily