No coração das supernovas, partículas fantasmas revelam novos segredos quânticos

Cientistas estudando neutrinos em ambientes densos, como supernovas e fusões de estrelas de nêutrons, descobriram que essas “partículas fantasmas” podem se entrelaçar, compartilhando estados quânticos e evoluindo de maneira caótica. 

Neutrinos, frequentemente elusivos e interagindo fracamente com a matéria, demonstram comportamentos quânticos complexos, como emaranhamento em eventos cósmicos densos como supernovas. Esta descoberta aumenta nossa compreensão de seu papel na transferência de energia e criação de elementos durante tais eventos cataclísmicos. Crédito: SciTechDaily.com 

Essa nova compreensão do comportamento dos neutrinos, confirmada por simulações numéricas, sugere um impacto significativo na dinâmica das supernovas e na síntese de elementos, ajudando a desvendar os mistérios por trás dessas explosões cósmicas.

Neutrinos, conhecidos como “partículas fantasmas? no Modelo Padrão da Física de Partículas, interagem muito pouco com a matéria comum. Uma propriedade interessante dos neutrinos é que eles podem mudar sua identidade ou “sabor” quando interagem.

Recentemente, os cientistas descobriram que, em ambientes muito densos, os neutrinos podem desenvolver fortes correlações (ou seja, emaranhamento quântico) por meio de interações mútuas, como nas supernovas de colapso de núcleo ou nas fusões de estrelas de nêutrons. Com o tempo, neutrinos com sabores diferentes atingem um equilíbrio em suas distribuições de sabor e energia.

Neutrinos de diferentes estados quânticos de “sabor? (mostrados por cores) são emaranhados por meio de interações. Em ambientes densos de neutrinos, como supernovas de colapso de núcleo, isso leva neutrinos de diferentes sabores a se equilibrarem em distribuições de energia semelhantes. Crédito: Felix Sanchez

Neutrinos em Supernovas

Uma supernova de colapso de núcleo, como a observada na Grande Nuvem de Magalhães em 1987, marca o “último suspiro” de uma estrela massiva. Essas supernovas são fábricas cósmicas que criam elementos como sódio e alumínio. Os cientistas estimam que 99% da energia liberada em uma supernova é transportada por neutrinos. O neutrino do tipo elétron e sua antipartícula são especialmente importantes na transferência de energia e na criação de elementos em uma supernova. Conhecer a energia dos estados de sabor desses neutrinos ajuda a entender como uma supernova de colapso de núcleo explode e quais elementos ela forma.

Complexidade Quântica nos Neutrinos:

Há décadas, os pesquisadores sabem que a evolução do sabor dos neutrinos em uma supernova de colapso de núcleo é um processo complicado de mecânica quântica. Grande parte dos estudos existentes baseia-se em uma aproximação simples da equação quântica de transporte dos neutrinos. No entanto, essa abordagem ignora o emaranhamento quântico de múltiplos neutrinos.

Revelando o Caos Quântico e Suas Implicações

Recentemente, os cientistas investigaram as correlações quânticas que surgem quando se considera o emaranhamento negligenciado em estudos anteriores. Eles descobriram que a interação entre os neutrinos pode ser bem representada por resultados da teoria das matrizes aleatórias. Isso também implica que os estados quânticos dos neutrinos evoluem de maneira caótica conforme interagem uns com os outros. Simulações numéricas confirmaram esse comportamento caótico.

Os resultados numéricos também mostraram que, após interagir por um tempo suficiente, cada neutrino individual atinge um estado misto de sabor e momento. Esse novo achado pode ser integrado às simulações numéricas de supernovas de colapso de núcleo, oferecendo novas pistas sobre o mecanismo de explosão e a formação de elementos nesses eventos cósmicos poderosos.

Fonte: scitechdaily.com