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Saut quantique : comment la transformation des saveurs pourrait révolutionner l'astrophysique des neutrinos

SciTechDaily

Une nouvelle méthode simplifie la manière dont les scientifiques calculent le comportement des neutrinos dans les supernovae et les fusions d'étoiles à neutrons en intégrant les changements de saveur quantique, offrant ainsi un outil prometteur pour prédire les résultats élémentaires de ces événements cosmiques. Crédit : Issues.fr.com

Des chercheurs développent une méthode permettant de simplifier le calcul des changements de saveur quantique des neutrinos dans des environnements astrophysiques denses comme les supernovae. En intégrant la mécanique quantique dans les modèles de transport traditionnels, cette approche permet de prédire le comportement des neutrinos et la production d'éléments dans les explosions stellaires, et s'avère prometteuse lors des premiers tests.

Les neutrinos ont une propriété de la mécanique quantique appelée « saveur ». Cette saveur peut se modifier à mesure que les neutrinos se déplacent dans l’espace. L’un des principaux défis consiste à suivre à la fois le mouvement physique des neutrinos et leur changement de saveur dans les systèmes astrophysiques tels que les supernovae à effondrement de cœur et les fusions d’étoiles à neutrons. La disposition complexe et le grand nombre de neutrinos dans ces systèmes font qu’il est presque impossible de suivre l’ensemble ou même un sous-ensemble des neutrinos.

Dans cette étude, les physiciens ont examiné une solution potentielle à ce problème. L'approche consiste à étendre les méthodes traditionnelles de calcul du mouvement des neutrinos pour inclure le changement de saveur de la mécanique quantique. Cette approche réduit la complexité du calcul du comportement des neutrinos dans les systèmes complexes

Contours 3D de la cohérence quantique dans une simulation de moment neutrino

Contours tridimensionnels de la cohérence quantique dans une simulation de moment de neutrino. La simulation démarre avec des conditions initiales aléatoires et développe une structure en moins d'une nanoseconde. Crédit : E. Grohs

Extension des méthodes de calcul du mouvement des neutrinos

Une supernova ou étoile à neutrons la fusion envoie de nombreux types de messagers, des photons aux ondes gravitationnellesdes neutrinos aux éléments lourds. Ces messagers offrent aux scientifiques de nouvelles perspectives sur la physique de ces objets stellaires. Cependant, les scientifiques doivent comprendre la physique des neutrinos pour pouvoir utiliser ces messagers. Les neutrinos transportent une part substantielle de l'énergie de ces systèmes.

De plus, les scientifiques doivent comprendre les interactions impliquant les neutrinos pour prédire les éléments lourds produits par les explosions et les fusions d'étoiles. Les moments angulaires encapsulent le nombre total et le flux des neutrinos dans un petit ensemble d'équations de mouvement. Les scientifiques peuvent ensuite utiliser ces équations pour calculer le changement de saveur des neutrinos.

Le nombre réduit d’équations dans la méthode du moment angulaire offre une voie à suivre pour résoudre les problèmes de transformation de saveur des neutrinos dans les objets astrophysiques compacts, tels qu’une fusion d’étoiles à neutrons.

Test de l'approche basée sur le moment angulaire

Cette recherche a examiné les perspectives d’utilisation d’une approche semi-classique basée sur le moment angulaire pour inclure les effets mécaniques quantiques de la saveur dans le transport des neutrinos dans un résidu de fusion d’étoiles à neutrons. Les chercheurs ont testé la méthode sur un type de transformation de la saveur des neutrinos appelé « saveur rapide », pour lequel les informations angulaires sur les neutrinos sont une exigence connue pour la transformation. Le résultat a été que la méthode a bien capturé la croissance de la transformation et que cette méthode mérite d’être explorée plus avant.

Ce travail a utilisé des ressources informatiques du Centre national de calcul scientifique de recherche sur l'énergie, une installation utilisateur du ministère de l'Énergie. Le travail a également utilisé les ressources informatiques du Centre national de calcul scientifique de recherche sur l'énergie, une installation utilisateur du ministère de l'Énergie. Payne machine à Université d'État de Caroline du Nordqui est soutenu en partie par la Research Corporation for Science Advancement.

Cette recherche a été financée principalement par le programme de physique nucléaire du Bureau des sciences du ministère de l'Énergie (DOE). Des financements supplémentaires ont été fournis par le Bureau des sciences du DOE, le Bureau de recherche en informatique scientifique avancée, la National Science Foundation, la Fondation Heising-Simons et la National Aeronautics and Space Administration.

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