Российские ученые впервые показали, что нейтрино может излучать спиновый свет, проходя через вещество. Это открытие имеет весомое значение для развития «новой» теории фундаментальных взаимодействии. Результаты опубликованы в Russian Physics Journal.
Ранее уже было известно о спиновом свете электрона — определенном виде излучения, возникающем при изменении состояния спина электрона во внешнем магнитном поле. Ученые решили проверить существует ли аналогичный эффект для нейтрино. Их гипотеза основана на важной характеристике нейтрино — собственном магнитном моменте, который существует, если частица обладает массой. Данное утверждение выходит за рамки Стандартной модели элементарных частиц, что делает это исследование значимым для развития теории фундаментальных взаимодействий.
Физики показали, что нейтрино при прохождении через вещество испускает уникальное электромагнитное излучение. Оно возникает при взаимодействии собственного магнитного момента нейтрино с окружающим веществом. Это излучение происходит из-за изменения (переворота) спина нейтрино, которое сопровождается испусканием фотона. Эти фотоны и являются спиновым светом нейтрино.
В обычных условиях спиновое излучение нейтрино крайне мало. Однако в астрофизике возникают благоприятные условия — высокие энергии нейтрино, мощные магнитные поля и плотные среды — усиливающие это излучение. Исследователи привели реальные примеры астрофизических объектов, в которых может возникнуть спиновый свет нейтрино.
Высокоэнергетичные нейтрино могут рождаться во внегалактических источниках, таких как активные ядра галактик, гамма-всплески, остатки сверхновых звезд и скопления галактик. Такие нейтрино могут проникать в нейтронные звезды и за счет их высокой плотности и своей большой энергии могут эффективно излучать спиновый свет.
В условиях сверхновых звезд в силу меньшей плотности среды спиновое излучение нейтрино менее эффективно, чем в нейтронных звездах. Однако в этой задаче можно рассматривать спиновое излучение нейтрино, сформированных в огромном количестве во время коллапса и взрыва сверхновой.
Особый интерес для спинового излучения нейтрино представляют гамма-всплески, поскольку они считаются источниками нейтрино высокой энергии. В исследовании представлена модель так называемых коротких гамма-всплесков — процесса слияния двух нейтронных звезд и образования из них новой. Их общие остатки образуют плотный диск в виде тора, вращающийся вокруг нее. Ученые предполагали, что сверхэнергичное нейтрино, вылетающие из центральной звезды, будут излучать при пересечении этого диска, так как он состоит из плотной нейтронной материи. Но выяснилось, что состав вещества диска подавляет излучение.
«В то же время, излучение оказалось очень эффективным в диффузном потоке низкоэнергичных нейтрино, существующих вокруг гамма-всплеска. Получилось, что нейтрино излучает в потоке нейтрино!», — объяснил Александр Григорьев, один из авторов исследования, доцент кафедры теоретической физики им. Л.Д. Ландау МФТИ.
Хотя спиновое излучение нейтрино может быть зарегистрировано, его влияние на физику компактных объектов остается минимальным из-за слабого взаимодействия нейтрино с окружающей средой. Тем не менее, авторы допускают, что эффект мог играть роль на ранних стадиях эволюции Вселенной, хотя оценить это пока сложно из-за неопределенности условий.
«Мы планируем подробнее изучить явление и учесть различные факторы, которые могут на него существенно влиять в компактных астрофизических объектах. Таковыми являются сложное движение вещества, его поляризация и т.п. Кроме того, необходимо детально изучить поляризационные свойства излучения, так как они могут быть существенны при его идентификации на фоне других типов излучений», — поделился Александр Григорьев.
