研究人員在探索超新星和中子星合併等高密度環境中的中微子時發現，這些”幽靈粒子”可能會糾纏在一起，共享量子態並發生混沌演化。對中微子行為的新認識得到了數值模擬的證實，顯示它對超新星的動力學和元素合成有重大影響，有可能揭示這些宇宙爆炸的神秘機制。

由於它們與普通物質的相互作用非常微弱，中微子在粒子物理學標準模型中被稱為”幽靈粒子”。 中微子的一個有趣特性是，它們在相互作用時可以改變自己的身份或”味道”。 研究人員最近發現，在非常稠密的環境中，中微子可以透過相互作用產生強相關性（換句話說，就是量子糾纏）。 這可能發生在核心坍縮超新星或中子星合併中。 隨著時間的推移，具有不同初始味道的中微子會達到相似的平衡味道和能量分佈。

不同”味道”量子態的中微子（用顏色表示）透過相互作用糾纏在一起。 在核心坍縮超新星等高密度中微子環境中，這會導致不同”味道”的中微子平衡到相似的能量分佈。 資料來源：費利克斯-桑切斯

超新星中的中微子

核心坍縮超新星（如科學家1987 年在大麥哲倫星雲觀測到的超新星）是大質量恆星的死亡吶喊。 這些超新星是宇宙工廠，創造了鈉和鋁等元素。 科學家估計，超新星釋放的能量有99% 都被中微子帶走了。 在超新星的能量傳遞和元素合成過程中，電子味中微子及其反粒子特別重要。 了解這些中微子的能量和味道狀態，有助於科學家理解核心坍縮超新星是如何爆炸的，以及它創造了哪些元素。

中微子的量子複雜性

幾十年前，研究人員就已經知道，核心坍縮超新星內部中微子的味道演變是一個複雜的量子力學過程。 關於這個過程的現有文獻大多是基於量子版中微子輸運方程式的最低階近似。 然而，這種方法忽略了中微子味量子態的多體糾纏。

揭示量子混沌及其影響

最近，科學家研究了量子相關性，這種相關性是由於保留了早先研究這個問題時忽略的糾纏而產生的。 他們發現，使用隨機矩陣理論的結果可以很好地近似中微子之間的相互作用。 這項發現也意味著，中微子的量子態會在相互影響的過程中發生混沌演化。 隨後，詳細的數值模擬證實了這個結果，並證明了這種混沌行為的出現。

數值結果還表明，在相互作用足夠長的時間後，每個中微子都會產生類似的混合動量-味道狀態。 這新結果可以與核心坍縮超新星的數值模擬結合。 這可能會對這些強大宇宙事件的爆炸機制和核合成產生新的啟示。

編譯自/ SciTechDaily