¿Por qué los neutrinos (con masa) de una supernova llega antes de la luz (sin masa)?

Question

Ya he leído las siguiente preguntas (y sus respuestas) sobre los neutrinos vs ondas electromagnéticas se propagan a través del espacio, pero todavía no tengo claro en algo.

• Los Neutrinos llegaron antes de que los fotones (supernova)
• El retraso entre los neutrinos y gammas en una supernova, y el absoluto de la escala de masas de los neutrinos
• Neutrino Velocidad en Supernova
• La velocidad de los neutrinos (Especialmente dmckee la respuesta)

Dado que

• La luz de SN 1987A llegaron 2 o 3 horas después de su neutrinos, lo que implica que era "lento" en relación a los neutrinos
• La luz de SN Refsdal ha sido "lentes" varias veces para volver a aparecer en escalas de tiempo de varias décadas, lo que implica que la luz interactúa con la materia (masa)
• Los Neutrinos interactúan muy poco con la materia, pero se sabe que la masa y la energía

Pregunta

¿Por qué los neutrinos (con su masa y momentum) llegar antes de que la luz (considera sin masa) de SN 1987A? Considerando SR y GR, esto parece ser una contradicción. Lo que me estoy perdiendo?

Postscript

He intentado desesperadamente para evitar el uso de la palabra "fotón" (en referencia a la luz) después de conocer el Cordero Controversia™ (a través de las discusiones relacionadas con aquí y aquí en Phys SE).

Answer 1

Tanto los neutrinos y fotones fueron producidos en el núcleo de la estrella, pero los fotones tienen una mayor probabilidad de interactuar con la capa exterior de la estrella de los neutrinos. Por lo tanto, los fotones fueron atrapados mientras que los neutrinos escapó fácilmente. Esto no tiene nada que ver con la masa y con la de la sección transversal de la interacción con los protones/electrones para los fotones y neutrinos en el otro.

La lectura de @dmckee la respuesta me hizo darme cuenta de que la redacción del párrafo anterior la hace sonar como el destello de luz que observamos puede ser debido a los fotones finalmente escapar. Esto no es a lo que me refería: tomaría millones de años para que los fotones a escapar, como es bien conocido por nuestro propio Sol. Es sólo debido a que las capas exteriores de la estrella son finalmente vuelen la que vemos una luz de flash.

También me han señalado que de electrones, neutrinos pueden escaparse sólo en las primeras etapas del colapso de las supernovas de tipo II. A medida que la densidad aumenta más allá de un par de veces $10^{11} \text{g}\ \text{cm}^{-3}$, la dispersión de los neutrinos con la materia estelar es suficiente para hacer que la escala de tiempo de la difusión de los neutrinos de la estrella más corto que el colapso de la escala de tiempo. Esta es una combinación de aumento de la densidad (y por lo tanto aumentar las interacciones) y la aceleración de colapso. Así que el neutrino flash medido en la Tierra llegó desde el comienzo de la evolución en una supernova.

Permítanme añadir algunos órdenes de magnitud. La sección transversal de fotón-electrón de dispersión de la orden de $10^{-24} \text{cm}^2$. Compare esto con el neutrino-nucleón de dispersión. Varía como el cuadrado de los neutrinos de la energía:

$$\sigma_\nu \approx 10^{-44} E_\nu^2\ \text{cm}^2$$

con la energía en MeV. Así que en 20 órdenes de magnitud, dar o tomar.

¿De dónde viene esta enorme diferencia? Los Neutrinos interactúan únicamente a través de la interacción débil, mientras que los fotones interactúan a través de la interacción electromagnética con la cargada de los núcleos y los electrones en la estrella de plasma. Así que esto es sólo un reflejo de la fuerza relativa de ambas interacciones. No hay ninguna razón por la que debería ser así: es la manera en que nuestro universo es! No estaríamos aquí para hablar de estos asuntos, si no fuera, en realidad...

Answer 2

La situación con la supernova no es acerca de la velocidad de vuelo, sino sobre el tiempo de aparición. Una supernova tipo IIa candidato es grande, incluso con la inmensamente poderosa explosión del núcleo de la toma horas para soplar el sobre fuera y exponer la violencia del interior-y es sólo después de que ocurre es que la estrella se vuelve más brillante en el espectro electromagnético. Pero los neutrinos escapar esencialmente de inmediato.

No a la física exótica necesario.

En principio-con un buen modelo de cómo las supernovas de trabajo-esto podría ser una sonda absoluta de la masa del neutrino.

Answer 3

La relatividad General no tiene mucho que ver con esto.

La teoría especial de la relatividad no dice que la luz se mueve a la velocidad de la $c$ incondicionalmente; que estaría en contradicción con el experimento: se dice que la luz se mueve a la velocidad de la $c$ en el vacío. En el vidrio y el agua, la luz se mueve más lento, ya que interactúa con la materia. Mientras que la luz venía de la supernova, por supuesto, que pasa a través del vacío: pero antes de eso, se formó en el centro de una estrella en colapso y tuvo que hacer su camino a través de las estrellas, que es un lugar rico con un plasma de electrones libres y un mar de núcleos que causas similares desaceleración de la economía. Diablos, en nuestro Sol tarda 171,000 años para la producción de luz se disperse fuera, aunque hay que admitir que es la dispersión inelástica y por encima de nosotros probablemente la necesidad de considerar la dispersión elástica, lo que podría acelerar el proceso.

La teoría especial de la relatividad también no dice que las partículas que se mueven con la velocidad máxima $v_\text{max} < c$. De hecho, como el volcado de más y más energía a una partícula se mueve más rápido y más rápido, y $c$ sí es el límite de velocidad. La fórmula relativista es que si te dan una energía cinética $K$ a un objeto, a continuación, $v = c \sqrt{1 - 1/(K/mc^2 - 1)^2},$ que es una gran bocanada de tratar, pero si esta relación se $\kappa = K/mc^2$ es muy grande, esto se convierte en una $v\approx c\sqrt{1 - 1/\kappa^2} \approx c~(1 - \frac12 \kappa^{-2}).$ De estos neutrinos podemos imaginar energía cinética en la keV o MeV escalas mientras que sus masas son, quizás, en la escala eV ... no sabemos los detalles exactos, pero estos dos números causa probable muy grande $\kappa$ quizás más de 100.000 o más, lo que quiere decir que estas cosas son al menos ir a la velocidad de la $c$ menos de una parte en 5 mil millones de dólares. Viaja a través de sólo 160.000 años, esto sólo funciona a unos 15 minutos de tiempo, no es suficiente para cancelar la totalidad de tres horas entre el momento en que los neutrinos salió de la estrella y cuando la luz se hizo finalmente.