Werden Neutrinos von der Schwerkraft beeinflusst?

Neutrinos werden sicherlich von der Schwerkraft beeinflusst. Wie extrem die Schwerkraft um den kollabierenden Kern eines massereichen Sterns auch sein mag, das eigentliche Problem ist die große Materiedichte. Neutrinos interagieren viel weniger mit der Sternmaterie als andere Teilchen, sodass sie viel leichter entkommen können, obwohl das Zentrum des kollabierenden Kerns selbst für sie undurchsichtig ist.

Tatsächlich ist das Hauptproblem des zukünftigen massereichen Supernova-Sterns nicht, woher man Energie bekommt (sie liegt in Form von potenzieller Gravitationsenergie vor), sondern wie man sie loswird ! Energie muss aus dem Kern abtransportiert werden, um einen Kollaps zu ermöglichen – und sie wird von den Neutrinos abtransportiert.

Aber selbst Neutrinos entkommen dem kollabierenden Stern nicht sofort. Etwa 1 Prozent ihrer Energie wird in äußeren Schichten absorbiert, wodurch ihr Kollaps in eine Explosion umgewandelt wird – das sichtbare Feuerwerk der Supernova. Der Rest (99 Prozent !) der ursprünglichen Gravitationsenergie wird stillschweigend von Neutrinos weggetragen.

Alle Teilchen, auch masselose, werden von der Schwerkraft beeinflusst – es ist nur eine Frage des Grades.

Die (kinetische) Energie der bei einer Supernova erzeugten Neutrinos liegt in der Größenordnung von 10 MeV.

Wenn die Neutrinos eine Ruhemassenenergie von sagen wir einem eV haben (obwohl es viel weniger sein könnte), dann wäre ihre potenzielle Gravitationsenergie, wenn sie sich auf der Oberfläche eines Proto-Neutronensterns (10 km Radius und ungefähr$1 M_{\odot}$), wäre nur in der Größenordnung von 0,1 eV.

Die Neutrinos sind daher vom Gravitationspotential des Supernova-Überrests nahezu unbeeinflusst und flüchten mit kaum abgesenkter kinetischer Energie ins Unendliche.

Das heißt nicht, dass nicht alle Neutrinos stark von der Schwerkraft beeinflusst werden. Die Neutrinos des Urknalls haben kinetische Energien von weniger als einem MeV. Wenn kosmische Neutrino-Hintergrund-Neutrinos eine Masse von einem eV oder sogar Zehntel eines eV haben, dann werden sie stark von den Gravitationspotentialen großer Galaxien oder Galaxienhaufen beeinflusst und werden als Ergebnis "klumpen". Weitere Details zur Berechnung der gravitativen Verklumpung von Neutrinos in den Potentialen von Galaxien und Haufen über die Vlasov-Gleichung finden sich in Ringwald & Wong (2004) .

Die Hauptfrage wird am besten durch die verknüpfte Frage beantwortet, aber der Neutronensternteil dieser Frage ist eine andere Sache.

Gewöhnliche Teilchen, die versuchen, einem Neutronenstern zu entkommen, werden nicht nur durch die Schwerkraft, sondern auch durch die elektroschwache Kraft behindert . Und bei der Dichte von Neutronensternen ist letzterer auch sehr stark. Neutrinos werden von elektroschwachen Kräften nicht so stark beeinflusst, weshalb sie „sofort“ Neutronensternen entkommen.

Es wird angenommen, dass Neutrinooszillationen in gewisser Weise mit der Quantengravitation zusammenhängen oder dass die Quantengravitation an dem Prozess beteiligt ist, durch den Neutrinos zwischen verschiedenen Geschmacksrichtungen oszillieren . Ob ihre Bahnen von Gravitationsfeldern beeinflusst werden oder nicht, muss an die Supernova-Beobachtungen und die Tatsache erinnert werden, dass Neutrinos Supernovae offenbar schneller als Licht verlassen. Angesichts dieser Beobachtungen liegt es nahe, dass entweder etwas das Licht verlangsamt (vielleicht ein kollabierendes Gravitationsfeld) oder dass die Neutrinos das Licht durch einen Quanteneffekt überflügeln.

Mein Verdacht ist, dass die Flugbahn eines Neutrinos durch Quantengravitationseffekte verändert werden kann, solange sehr große Zahlen berücksichtigt werden, wenn man die Wahrscheinlichkeit dafür abschätzt. Interessanter finde ich jedoch die Geschmacksschwingungen. Diese können meiner Meinung nach auftreten, wenn ein Hintergrundteilchen (ein Gravitationsteilchen) ein Z-Boson mit dem Neutrino austauschen würde. Das Ergebnis dieser Annahme ist, dass wir daraus schließen können, dass dieses Gravitationsteilchen wahrscheinlich das Elektron ist. Darüber hinaus wäre das Elektron in kollabierenden Gravitationsfeldern der perfekte Kandidat, um die „Verlangsamung“ des Lichts von Supernovae zu erklären.

Ich bin auch ein Laie, kann aber Ihre erste Frage beantworten, indem ich sage, dass die allgemeine Theorie und Definition der Schwerkraft alles mit Masse beinhaltet. Da Neutrinos Teilchen sind und dann ja Masse haben, werden sie von der Schwerkraft beeinflusst. Photonen sind ebenfalls subatomare Teilchen. Da wir sehen können, dass Photonen ihren Strom krümmen, während sie Planeten und andere große Gravitationsmassen passieren, verleiht dies der Vorstellung Glaubwürdigkeit, dass unsichtbare Neutrinos sich ebenfalls in Gravitationsfeldern krümmen. Was kollabierende Sterne betrifft, so stimme ich der obigen Behauptung zu, dass die Dichte dieser immensen Reaktion bestimmte Verhaltensweisen hervorrufen würde, die die Zerstörung von allem außer den Neutrinos verursachen könnten. Das beruht auf dem Vertrauen in unser aktuelles Verständnis von Neutrinos als nahezu unzerstörbar. Ein Neutrino könnte Hunderttausende von Kilometern Stahl passieren, ohne Schaden zu nehmen - während ein Atom, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt, beim Aufprall vollständig zerfallen würde. Das ist eine gute Analogie zu den extremen Gravitations- und Zerstörungskräften, die in einem kollabierenden Stern wirken.