Нейтрино с разными «ароматными» квантовыми состояниями (показаны цветами) запутываются посредством взаимодействий. В плотных нейтринных средах, таких как сверхновые с коллапсом ядра, это приводит к тому, что нейтрино с разными ароматами приходят в равновесие с похожими энергетическими распределениями.
Автор: Феликс Санчес.

Нейтрино — это «частицы-призраки» в Стандартной модели физики элементарных частиц. Это происходит потому, что они слабо взаимодействуют с обычной материей. Интересное свойство нейтрино заключается в том, что они могут менять свою идентичность или «ароматы» при взаимодействии.

Недавно исследователи обнаружили, что нейтрино в очень плотной среде могут образовывать сильные корреляции (другими словами, квантовую запутанность) посредством взаимных взаимодействий. Это может происходить при коллапсе ядра сверхновых или слияниях нейтронных звезд. Со временем нейтрино с разными начальными ароматами достигают похожего равновесного аромата и распределения энергии.

Сверхновая с коллапсом ядра, подобная той, которую ученые наблюдали в Большом Магеллановом Облаке в 1987 году, — это предсмертный крик массивной звезды. Эти сверхновые — космические фабрики, которые создают такие элементы, как натрий и алюминий.

Ученые подсчитали, что 99% энергии, высвобождаемой в сверхновой, уносится нейтрино. Электронно-ароматное нейтрино и его античастица особенно важны для передачи энергии и синтеза элементов в сверхновой. Знание энергии ароматных состояний этих нейтрино помогает ученым понять, как взрывается сверхновая с коллапсом ядра и какие элементы она создает.

Ученые уже несколько десятилетий знают, что эволюция аромата нейтрино внутри коллапсирующей сверхновой представляет собой сложный квантово-механический процесс.

Большая часть существующей литературы по этому процессу основана на приближении низшего порядка квантовой версии уравнения переноса нейтрино. Однако этот подход игнорирует многочастичную запутанность ароматных квантовых состояний нейтрино.

Недавно исследователи изучили квантовые корреляции, возникающие при сохранении запутанности, пренебрегаемой в более ранних исследованиях этой проблемы. Статья опубликована в журнале Physical Review D.

Они обнаружили, что взаимодействие между нейтрино хорошо аппроксимируется с использованием результатов теории случайных матриц. Это открытие также подразумевает, что квантовые состояния нейтрино будут развиваться хаотично, поскольку они взаимодействуют друг с другом.

Этот результат впоследствии был подтвержден подробными численными симуляциями, которые продемонстрировали возникновение этого хаотического поведения. Численные результаты также показывают, что после достаточно длительного взаимодействия каждое индивидуальное нейтрино дает похожее смешанное состояние импульса-аромата.

Новый результат может быть интегрирован с численным моделированием коллапса ядра сверхновых . Это может пролить новый свет на механизм взрыва и нуклеосинтеза в этих мощных космических событиях.