¿Los neutrinos se ven afectados por la gravedad?

Layman aquí, pero física EE y BS. Sé que la luz se ve afectada por la gravedad. ¿Pero son los neutrinos? Durante el colapso de una estrella en una estrella de neutrones, cuando los electrones se unen a los protones para formar neutrones (p. ej., ¿o el colapso de una estrella en un agujero negro?), leí que las únicas cosas que pueden "salir" instantáneamente son los neutrinos. (Esto incluso se aplica a una estrella normal, supongo, ya que los fotones tardan "una eternidad" en salir). Pero sé que la gravedad es extrema en estos casos, por decir lo menos, ¿entonces la gravedad NO afecta a los neutrinos? Esto parecería ser contradictorio.

Hay buenas respuestas a continuación (en particular @LeosOndra); pero quería añadir que todo se efectúa por la gravedad, según la relatividad general. Debido a que la gravedad es una distorsión en el espacio-tiempo en sí mismo, no importa cuáles sean las propiedades de la partícula/objeto.

Respuestas (5)

Los neutrinos ciertamente se ven afectados por la gravedad. Por muy extrema que sea la gravedad alrededor del núcleo colapsado de una estrella masiva, el verdadero problema es la gran densidad de materia. Los neutrinos interactúan con la materia estelar mucho menos que otras partículas, por lo que escapan mucho más fácilmente, aunque el mismo centro del núcleo colapsado es opaco incluso para ellos.

De hecho, el principal problema de la futura supernova estrella masiva no es dónde obtener energía (está disponible en forma de energía gravitatoria potencial), ¡sino cómo deshacerse de ella! La energía debe alejarse del núcleo para permitir el colapso, y los neutrinos se la llevan.

Sin embargo, ni siquiera los neutrinos escapan instantáneamente de la estrella que colapsa. Aproximadamente el 1 por ciento de su energía se absorbe en las capas exteriores, revirtiendo su colapso hasta la explosión: los fuegos artificiales visibles de la supernova. El resto (¡el 99 por ciento!) de la energía gravitatoria original es arrastrada silenciosamente por los neutrinos.

Solo la primera oración aborda la pregunta y solo entonces como una declaración en lugar de un argumento cuantitativo.

Todas las partículas, incluso las que no tienen masa, se ven afectadas por la gravedad; es solo una cuestión de grado.

La energía (cinética) de los neutrinos producidos en una supernova es del orden de 10 MeV.

Si los neutrinos tienen una energía de masa en reposo de, digamos, un eV (aunque podría ser mucho menor que esto), entonces su energía potencial gravitatoria estarían situados en la superficie de una estrella de protoneutrones (10 km de radio y aproximadamente 1 METRO ⊙ ), sólo sería del orden de 0,1 eV.

Por lo tanto, los neutrinos casi no se ven afectados por el potencial gravitatorio del remanente de supernova y escapan al infinito con su energía cinética apenas disminuida.

Eso no quiere decir que todos los neutrinos no se vean fuertemente afectados por la gravedad. Los neutrinos del Big Bang tienen energías cinéticas inferiores a un meV. Si los neutrinos de fondo de neutrinos cósmicos tienen una masa de un eV o incluso décimas de un eV, entonces se verán fuertemente afectados por los potenciales gravitatorios de las grandes galaxias o cúmulos de galaxias y, como resultado, se "agruparán". Se pueden encontrar más detalles sobre el cálculo del agrupamiento gravitatorio de neutrinos en los potenciales de galaxias y cúmulos a través de la ecuación de Vlasov en Ringwald & Wong (2004) .

¿Se espera que los neutrinos de fondo cósmico se dividan 50-50 entre zurdos y diestros?

La pregunta principal se responde mejor con la pregunta vinculada, pero la parte de la estrella de neutrones de esta pregunta es otra cuestión.

Las partículas comunes que intentan escapar de una estrella de neutrones se ven obstaculizadas no solo por la gravedad, sino también por la fuerza electrodébil . Y con la densidad de las estrellas de neutrones, esta última también es muy fuerte. Los neutrinos no se ven tan afectados por las fuerzas electrodébiles, razón por la cual escapan "instantáneamente" de las estrellas de neutrones.

Los neutrinos , por supuesto, se ven afectados por la fuerza débil. Así interactúan . La razón por la que escapan de las estrellas de neutrones es que la sección transversal es demasiado pequeña para detenerlas. Sin embargo, la pregunta era sobre la gravedad.

Se cree que las oscilaciones de los neutrinos están, de alguna manera, relacionadas con la gravedad cuántica, o que la gravedad cuántica está involucrada en el proceso por el cual los neutrinos oscilan entre diferentes sabores . En cuanto a si sus trayectorias se ven o no afectadas por los campos gravitatorios, hay que recordar las observaciones de las supernovas y el hecho de que los neutrinos parecen escapar de las supernovas más rápido que la luz. A la luz de estas observaciones, es lógico pensar que algo está ralentizando la luz (quizás un campo gravitatorio colapsando) o que los neutrinos están superando a la luz a través de algún efecto cuántico.

Mi sospecha es que la trayectoria de un neutrino puede verse alterada por los efectos de la gravedad cuántica siempre que se tengan en cuenta números muy grandes al estimar la probabilidad de que eso ocurra. Lo que es más interesante para mí, sin embargo, son las oscilaciones de sabor. Esto puede ocurrir, en mi opinión, si una partícula de fondo (una partícula de gravedad) intercambiara un bosón Z con el neutrino. El resultado de pensar que esto era es que podemos inferir, a partir de esto, que esta partícula de gravedad es probablemente el electrón. Además, en el colapso de los campos gravitatorios, el electrón sería el candidato perfecto para explicar la "ralentización" de la luz de las supernovas.

El mecanismo por el cual la luz se ralentiza es la opacidad. Incluso en el sol, los tiempos de difusión de fotones son en promedio varios miles de años antes de ser finalmente emitidos en el vacío. En una supernova, la transmisión de luz se detiene por el mismo mecanismo, pero la violenta explosión la libera después de un tiempo. Los neutrinos no sufren efectos de opacidad.
Bien, pero esa opacidad es causada en última instancia por el hecho de que los fotones interactúan con partículas subatómicas (como los electrones). Sabemos que el electrón absorbe y emite fotones. Sabemos que las estrellas contienen electrones. Por lo tanto, es lógico que los electrones sean, hasta cierto punto, responsables de ralentizar la luz que escapa de las supernovas. ¿No?

También soy un laico, pero puedo responder a su primera pregunta diciendo que la teoría general y la definición de gravedad involucran cualquier cosa con masa. Debido a que los neutrinos son partículas y tienen masa, entonces sí, se ven afectados por la gravedad. Los fotones también son partículas subatómicas. Dado que podemos ver que los fotones doblan su flujo al pasar por planetas y otras grandes masas gravitatorias, da crédito a la idea de que los neutrinos invisibles también se doblarán en los campos gravitatorios. En cuanto al colapso de estrellas, estoy de acuerdo con la afirmación anterior de que la densidad de esa inmensa reacción provocaría ciertos comportamientos que podrían causar la destrucción de todo menos de los neutrinos. Eso es confiar en nuestra comprensión actual de los neutrinos como casi indestructibles. Un neutrino podría atravesar cientos de miles de kilómetros de acero sin sufrir daños, mientras que un átomo que viaja a la misma velocidad se desintegraría por completo al impactar. Esa es una buena analogía con las fuerzas gravitatorias y destructivas extremas en juego en una estrella que colapsa.

No estoy seguro de que indestructible sea la palabra adecuada. ¿Quiere decir que estas partículas no están hechas de partículas constituyentes más pequeñas?
Tienes razón sobre eso. Creo que casi indestructible podría haber sido una mejor palabra. Cualquier cosa física que pueda pasar a través de 300,000 millas de una barra de acero sólido sin detenerse o disminuir significativamente la velocidad es bastante indestructible en mi mente, pero quizás no del todo. En cuanto a las teorías sobre los neutrinos que se componen de diferentes partículas, las considero, pero no es algo que tiendo a aceptar tan incondicionalmente como lo han hecho otros. Me disculpo si mi redacción ofendió alguna teoría. Pero sí, tengo el mío propio.
Bueno, detenerse porque golpeas un año luz de plomo no equivale necesariamente a un objeto destruido. Uno podría imaginarse golpear una pared de plomo/acero, lo que sea, y no desmoronarse, pero eso no significa que dicho objeto sea indestructible. Los neutrinos pueden atravesar grandes cantidades de masa porque casi nunca interactúan con nada, no por su naturaleza indestructible inherente. Un protón que choca contra la misma pared puede detenerse, pero tampoco se destruirá automáticamente...
Estoy de acuerdo. "Casi" nunca es lo que los hace destructibles.
Nuevamente, creo que cualquier palabra relacionada con la destrucción está mal aquí. Si la partícula interactúa con algo, puede convertir su energía en otra forma (p. ej., otro tipo diferente de partícula), pero no describiría eso como que la partícula incidente original haya sido destruida.
Como dije, soy un laico. Pero creo que no tenemos ninguna forma de observar tales partículas, ni sabemos más allá de la teoría cómo se comportarán o no en cualquier circunstancia. Sin embargo, podemos ver estrellas colapsando y sé que al menos parte de la comunidad científica cree que casi todo se "destruye" en esa reacción violenta. Excepto los neutrinos. Una vez más, no hay forma de probarlo realmente y, francamente, no me atengo a ninguna teoría al 100%.
Sin embargo, sí observamos estas "otras" partículas. Así es como sabemos que un neutrino estuvo presente, al observar sus productos de desintegración/hijos previstos. También usamos observaciones de neutrinos antes, durante y después del famoso SN1987A para ayudar a determinar si los neutrinos realmente tienen masa (que creemos que la tienen). Cuando una estrella colapsa, no todo se destruye. La mayor parte de la energía liberada se convierte en neutrinos y un pequeño porcentaje se convierte en la onda de choque resultante. En todos los casos, un núcleo masivo permanece de alguna forma con METRO ≥ METRO ⊙ ...
Acordado. No sé cuánto tiempo sobrevive el núcleo o si continúa decayendo después de que la energía visible se transforme en ondas de choque. Creo que esas ondas de choque pueden impulsar neutrinos, pero no estoy listo para decir que las ondas de choque crean neutrinos. De hecho, no acepto del todo la idea de que los neutrinos se creen en absoluto, ni que se transfieran de algún otro proceso dentro de las estrellas. No creo que tengamos suficiente evidencia todavía para estar realmente seguros de eso. Aparte de eso, estoy seguro de su existencia y de que reaccionan a la gravedad.
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