超新星爆発時のニュートリノ相互作用が引き起こすニュートリノ振動の多次元効果の研究

超新星爆炸过程中微子相互作用引起的中微子振荡多维效应研究

基本信息

批准号：
20J13631
负责人：
財前真理
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13631/
关键词：
ニュートリノ振動超新星爆発

项目摘要

本課題は、超新星爆発内部において大量に解放されたニュートリノ同士の相互作用によって引き起こされるニュートリノ集団振動の振る舞いを数値的に解き明かすことを目標とした。超新星爆発においてニュートリノは、フレーバーに依存する反応を通してその爆発機構や地上観測などに大きな役割を果たしている。そのため爆発シミュレーションはニュートリノの取り扱いに敏感であり、もし超新星内部でそのフレーバーが変換されるニュートリノ振動が起きるとそのダイナミクスや観測量に影響を与える可能性がある。本年度はそのニュートリノ集団振動の中でも、ニュートリノの角度分布が原因で生じる高速フレーバー変換と呼ばれる振動効果に注目して研究を行った。これまでにも線形安定性解析を用いて超新星爆発内部においていつどこでどのような条件でこの振動効果が生じるのか研究が行われてきたが、そこでは非線形効果が考慮されていなかった。また考慮していたとしても一様空間分布を仮定し、時間進化のみ数値計算で扱った研究のみであった。本研究では空間分布の時間進化をフーリエ空間上で考えることで、非線形効果を空間フーリエモードのカップリングとして取り扱うことに成功した。線形安定性解析から得られる予測では特定の空間モードのみが成長するとなっていたが、非線形効果を考慮することで時間進化に伴ってそこからその他のモードへと波及していく様子が明らかとなった。この振る舞いは空間分布を考慮せずに高速フレーバー変換の非線形効果を調べても得られない結果であり、時空間での進化計算の重要性を示したものとなっている。本成果は論文としてPhysical Review D にて発表した。

该项目的目标是从数值上阐明超新星爆炸中大量释放的中微子之间的相互作用引起的中微子集体振荡的行为。在超新星爆炸中，中微子通过味道依赖性反应在爆炸机制和地面观测中发挥着重要作用。因此，爆炸模拟对中微子的处理很敏感，如果超新星内部发生中微子振荡，从而改变了中微子的味道，它们的动力学和可观测值可能会受到影响。今年，我们的研究重点是中微子集体振荡中被称为快速风味转换的振荡效应，它是由中微子的角度分布引起的。先前的研究使用线性稳定性分析来研究超新星爆炸内部何时、何地以及在什么条件下发生这种振荡效应，但尚未考虑非线性效应。此外，即使考虑到这一点，也只有研究假设了均匀的空间分布，并通过数值计算仅处理时间演化。在本研究中，通过考虑傅里叶空间中空间分布的时间演化，我们成功地将非线性效应视为空间傅里叶模式的耦合。从线性稳定性分析中获得的预测表明，只有特定的空间模式会增长，但通过考虑非线性效应，很明显，随着时间的推移，它会传播到其他模式。这种行为是在不考虑空间分布的情况下通过考察快速风味变换的非线性效应无法获得的结果，它显示了空间和时间上进化计算的重要性。该结果作为论文发表在《Physical Review D》上。