不同“风味”量子态的中微子（用颜色表示）通过相互作用纠缠在一起。在像核心坍缩超新星这样的密集中微子环境中，这导致不同风味的中微子平衡到相似的能量分布。图片来源：菲利克斯·桑切斯。

中微子是粒子物理学标准模型中的“幽灵粒子”。这是因为它们与普通物质的相互作用很弱。中微子的一个有趣的特性是，当它们相互作用时，它们可以改变自己的身份或“味道”。

研究人员最近发现，在非常密集的环境中，中微子可以通过相互相互作用产生很强的相关性（换句话说，量子纠缠）。这可能发生在核心坍缩超新星或中子星合并中。随着时间的流逝，具有不同初始风味的中微子达到相似的平衡风味和能量分布。

像科学家1987年在大麦哲伦星云中观察到的那种核心坍缩超新星，是一颗大质量恒星的死亡呐喊。这些超新星是宇宙工厂，创造了钠和铝等元素。

科学家估计，超新星释放的能量中有99%被中微子带走。电子味中微子及其反粒子在超新星中的能量转移和元素合成中尤为重要。了解这些中微子的味道状态的能量有助于科学家理解核心坍缩超新星是如何爆炸的，以及它会产生什么元素。

几十年来，科学家们已经知道，核心坍缩超新星内部中微子的味道演化是一个复杂的量子力学过程。

关于这一过程的大多数现有文献都是基于中微子输运方程的量子版本的最低阶近似。然而，这种方法忽略了中微子的味道量子态的多体纠缠。

最近，研究人员研究了通过保留在这个问题的早期研究中被忽视的纠缠而产生的量子相关性。该论文发表在《物理评论D》杂志上。

他们发现，使用随机矩阵理论的结果可以很好地近似地估计中微子之间的相互作用。这一发现也意味着，中微子的量子态在相互作用时会混沌地演化。

这一结果随后通过详细的数值模拟得到了证实，证明了这种混沌行为的出现。数值结果还表明，在相互作用足够长的时间后，每个单独的中微子都会产生相似的混合动量-风味状态。

新结果可以与核心坍缩超新星的数值模拟相结合。这可能为这些强大的宇宙事件中的爆炸机制和核合成提供新的线索。

更多信息：Joshua D. Martin 等人，量子多体快中微子风味振荡的平衡，《物理评论 D》（2023 年）。DOI： 10.1103/PhysRevD.108.123010

期刊信息： Physical Review D