Elke Napolitaanse ijsliefhebber weet dat drie smaken beter zijn dan één. Nieuw onderzoek van de Northwestern University heeft uitgewezen dat door het bestuderen van alle drie de "smaken" die betrokken zijn bij een supernova, ze hebben meer aanwijzingen ontgrendeld over hoe en waarom sterren sterven.

Wetenschappers kijken naar neutrino's (subatomaire deeltjes) voor kritische informatie over supernova-explosies. Terwijl eerder onderzoek drie "smaken" van neutrino's identificeerde, veel onderzoekers gingen door met het vereenvoudigen van studies over het onderwerp door 'vanille' te bestuderen terwijl ze 'chocolade' en 'aardbei' negeerden.

Door alle drie de smaken in het onderzoek op te nemen, Noordwest-onderzoekers hebben een diepere kennis van stervende sterren ontwikkeld en zijn begonnen bestaande hypothesen te ontrafelen.

Het onderzoek is woensdag gepubliceerd, 16 december in het journaal Fysieke beoordelingsbrieven .

Bij een supernova-explosie, 99% van de energie van de dode ster wordt uitgezonden door neutrino's. Bijna met de snelheid van het licht reizend en uiterst zwak in wisselwerking met materie, neutrino's zijn de eerste boodschappers die de aarde bereiken en aangeven dat een ster is gestorven.

Sinds hun eerste ontdekking in de jaren vijftig, deeltjesfysici en astrofysici hebben belangrijke stappen gezet in het begrijpen, het detecteren en creëren van neutrino's. Maar om de complexiteit van modellen te beperken, veel mensen die subatomaire deeltjes bestuderen, maken aannames om het onderzoek te vereenvoudigen, bijvoorbeeld dat niet-elektron neutrino's zich identiek gedragen wanneer ze worden voortgestuwd door een supernova.

Een deel van wat het bestuderen van neutrino's zo ingewikkeld maakt, is dat ze afkomstig zijn van compacte objecten (de binnenkant van een ster) en vervolgens met elkaar interageren, zei senior auteur Manibrata Sen, een postdoctoraal onderzoeker momenteel gevestigd in Northwestern onder het Network for Neutrinos, Nuclear Astrophysics and Symmetries-programma aan de University of California-Berkeley. Dat betekent dat wanneer een smaak wordt beïnvloed, net als een smeltbad van Napolitaans ijs, de evolutie ervan wordt beïnvloed door alle anderen in het systeem.

"Je kunt geen voorwaarden scheppen om neutrino's op aarde met elkaar te laten interageren, ' zei Sen. 'Maar in compacte objecten, je hebt een zeer hoge dichtheid aan neutrino's. Dus nu interageert elk neutrino met elkaar omdat er zoveel in de buurt zijn."

Als resultaat, wanneer een enorm aantal neutrino's wordt gestuurd tijdens de enorme explosie van een supernova die instort, ze beginnen te oscilleren. Interacties tussen neutrino's veranderen de eigenschappen en het gedrag van het hele systeem, het creëren van een gekoppelde relatie.

Daarom, wanneer de neutrinodichtheid hoog is, een fractie van de neutrino's wisselen smaken uit. Wanneer verschillende smaken diep in een ster in verschillende richtingen worden uitgestoten, conversies vinden snel plaats en worden 'snelle conversies' genoemd. interessant, het onderzoek wees uit dat naarmate het aantal neutrino's groeit, dat geldt ook voor hun conversieratio's, ongeacht de massa.

In de studie, de wetenschapper creëerde een niet-lineaire simulatie van een "snelle conversie" wanneer drie neutrino-smaken aanwezig zijn, waar een snelle omzetting wordt gekenmerkt door interactie tussen neutrino's en veranderende smaken. De onderzoekers verwijderden de veronderstelling dat de drie smaken van neutrino's - muon, elektron- en tau-neutrino's - hebben dezelfde hoekverdeling, ze elk een andere verdeling geven.

Een opstelling met twee smaken van hetzelfde concept kijkt naar elektronenneutrino's en "x" neutrino's, waarin x muon- of tau-neutrino's kan zijn en waar verschillen tussen de twee onbeduidend zijn.

"We hebben laten zien dat ze eigenlijk allemaal relevant zijn, en het negeren van de aanwezigheid van muonen is geen goede strategie, "Zei Sen. "Door ze op te nemen, laten we zien dat de resultaten uit het verleden onvolledig zijn, en de resultaten veranderen drastisch als je een onderzoek met drie smaken uitvoert."

Hoewel het onderzoek grote implicaties kan hebben voor zowel deeltjes- als astrofysica, zelfs modellen die in dit onderzoek werden gebruikt, bevatten vereenvoudigingen. Het team hoopt hun resultaten generieker te maken door ruimtelijke dimensies op te nemen naast componenten van momentum en tijd.

Ondertussen, Sen zei dat hij hoopt dat het onderzoek van zijn team de gemeenschap zal helpen om meer complexiteit in hun studies te omarmen.

"We proberen de gemeenschap ervan te overtuigen dat wanneer je rekening houdt met deze snelle conversies, je moet alle drie de smaken gebruiken om het te begrijpen, " zei hij. "Een goed begrip van snelle oscillaties kan de sleutel zijn tot waarom sommige sterren uit supernova's exploderen."