Les neutrinos sont les « particules fantômes » du modèle standard de la physique des particules. Cela est dû au fait qu’ils interagissent faiblement avec la matière ordinaire. Une propriété intéressante des neutrinos est qu’ils peuvent changer d’identité ou de « saveur » lorsqu’ils interagissent.
Des chercheurs ont récemment découvert que les neutrinos dans un environnement très dense peuvent développer de fortes corrélations (autrement dit, une intrication quantique) par le biais d’interactions mutuelles. Cela peut se produire dans les supernovae à effondrement de cœur ou dans les fusions d’étoiles à neutrons. Au fil du temps, les neutrinos ayant des saveurs initiales différentes atteignent une saveur d’équilibre et une distribution d’énergie similaires.
Une supernova à effondrement de cœur, comme celle observée dans le Grand Nuage de Magellan en 1987, est le cri de mort d’une étoile massive. Ces supernovae sont des usines cosmiques qui créent des éléments tels que le sodium et l’aluminium.
Les scientifiques estiment que 99 % de l’énergie libérée dans une supernova est emportée par les neutrinos. Le neutrino à saveur électronique et son antiparticule sont particulièrement importants dans le transfert d’énergie et la synthèse des éléments d’une supernova. Connaître l’énergie des états de saveur de ces neutrinos aide les scientifiques à comprendre comment une supernova à effondrement de cœur explose et quels éléments elle crée.
Les scientifiques savent depuis quelques décennies que l’évolution de la saveur des neutrinos à l’intérieur d’une supernova à effondrement de cœur est un processus mécanique quantique complexe.
La plupart des travaux existants sur ce processus se basent sur l’approximation d’ordre le plus bas de la version quantique de l’équation de transport des neutrinos. Cependant, cette approche ignore l’intrication à plusieurs corps des états quantiques de saveur des neutrinos.
Récemment, des chercheurs ont examiné les corrélations quantiques qui apparaissent en conservant l’intrication négligée dans les études antérieures sur ce problème. publié dans le journal Examen physique D.
Ils ont découvert que l’interaction entre les neutrinos est bien approximée à l’aide des résultats de la théorie des matrices aléatoires. Cette découverte implique également que les états quantiques des neutrinos évolueront de manière chaotique au fur et à mesure de leurs interactions.
Ce résultat a été confirmé ultérieurement par des simulations numériques détaillées qui ont démontré l’émergence de ce comportement chaotique. Les résultats numériques montrent également qu’après une interaction suffisamment longue, chaque neutrino individuel produit un état mixte d’impulsion et de saveur similaire.
Ce nouveau résultat peut être intégré aux simulations numériques des supernovae à effondrement de cœur. Il pourrait apporter un nouvel éclairage sur le mécanisme d’explosion et la nucléosynthèse de ces puissants événements cosmiques.
Plus d’information:
Joshua D. Martin et al., Équilibrage des oscillations rapides de saveur de neutrinos quantiques à plusieurs corps, Examen physique D (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.123010