三種味態的中微子 推進超新星研究

美國西北大學（Northwestern University）團隊的一份研究發現，應該把中微子三個味態電子、渺子（muon）、τ 子（tau）全部考慮在內，才能更全面地探察超新星爆發的過程。

以往很多研究傾向於把中微子簡化分作電子中微子和非電子中微子兩類（即包括渺子中微子和τ子中微子）進行研究，這份研究發現這不是個好方法。

「我們的研究顯示，它們（三種味態）都很重要，忽略渺子不是一個好的策略。」這份研究的主要作者馬尼布拉塔森（Manibrata Sen）說，「以往的研究是不全面的，而我們把三種味態全部包括考慮，看到的結果有著顯著的不同。」

超新星是恆星以爆炸結束生命的一種形式。其中99% 的能量包含在中微子內。這些中微子從恆星內核深處，以近乎光速向外發射，而且基本不與其它任何物質發生互動，一旦發生超新星爆發，中微子是抵達地球的第一批信使。所以，現在科學家專注於從中微子探察超新星爆炸的過程。

從上世紀50 年代開始，粒子物理學家和天文物理學家在這方面獲得了重要的進展。但是，為了簡化研究模型，大部份模型只把中微子分成電子中微子和非電子中微子兩大類考慮，也就是說，認為不同類型的非電子中微子在超新星爆發過程中的行為是一樣的。

馬尼布拉塔森說，中微子研究的複雜之處在於，它們在恆星內部那樣高度緊密的條件下，互相之間存在味態轉換的互動，這導致只要其中一種味態受到影響，整體中微子的特性也將起很大的變化。

「在高度緊密的環境下，中微子密度很高，於是它們互相之間發生互動。你無法在地球的環境下模擬不同味態中微子的互動。」

在大量中微子離開恆星的過程中，出現中微子振盪，而味態的轉換將影響振盪的各項特徵。

這份研究中，研究人員建立了一個非線性模擬系統，模擬中微子離開超新星過程中味態的快速轉換互動，將三種味態包括在內。結果發現，這個互動過程對中微子振盪的各項特性產生了顯著的影響。

研究者表示，即使包括了三種味態，他們的模型仍然存在一定程度的簡化，比如，研究團隊希望下一步能夠在角動量、時間模塊的基礎上拓展對空間維度的考慮。

這份研究12 月16 日發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。◇

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