[論文レビュー] Charge Conjugation Violating Interactions in Supernovae and Nucleosynthesis

C. J. Horowitz, Gang Li|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、コア収縮超新星における電荷共役（C）対称性の破れに起因する相互作用を調査し、標準模型から生じるこれらの項が電子ニュートリノ-核子捕獲断面積を増大させると同時にr過程を抑制することにより、核合成の生成物に影響を与えることを示している。主な貢献は、C対称性の破れが超新星における中性子過剰な元素の生成に影響を与える可能性のあるメカニズムであると特定したことにある。

ABSTRACT

Core collapse supernovae are dominated by energy transport from weakly interacting neutrinos. This offers a unique opportunity for large parity and or charge conjugation violation. One charge conjugation violating term in the standard model is of order the neutrino energy over the nucleon mass and increases the $\ u_e-n$ capture cross section while decreasing that for significantly hinder r-process nucleosynthesis.

研究の動機と目的

• コア収縮超新星におけるニュートリノ-核子相互作用における電荷共役対称性の破れの役割を検討すること。
• 標準模型におけるC対称性の破れ項が核子に対するニュートリノ捕獲断面積に与える影響を評価すること。
• このような相互作用が超新星におけるr過程および中性子過剰な核合成に与える影響を評価すること。
• C対称性の破れが超新星で生成される重元素の生成物に影響を与える可能性があるかどうかを特定すること。

提案手法

• 標準模型の文脈において、ニュートリノ-核子散乱の有効ハミルトニアンを分析し、C対称性の破れ項に注目する。
• C対称性の破れ項のエネルギー依存性を評価し、ニュートリノエネルギーと核子質量の比に比例することを示す。
• C対称性の破れ寄与によるu_e-n捕獲断面積への修正を計算する。
• C対称性の破れに起因するu_e-n捕獲の増大が、r過程に利用可能な自由中性子の数に与える影響を評価する。
• C対称性の破れ条件下でのr過程の抑制を、標準的なr過程モデルと比較する。
• 理論的推定を用いて、C対称性の破れ項と観測可能な核合成生成物との関連を結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電荷共役対称性の破れが、超新星におけるu_e-n捕獲断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 C対称性の破れ項が標準模型の過程に比べて、ニュートリノ-核子散乱に与える寄与の大きさはどの程度か？
• RQ3 C対称性の破れに起因するu_e-n捕獲の増大が、r過程に利用可能な中性子濃度にどのように影響を与えるか？
• RQ4 C対称性の破れがコア収縮超新星におけるr過程核合成をどの程度抑制するか？
• RQ5 C対称性の破れ項は、金属欠乏星における観測された重元素の同位体比のずれを説明できるか？

主な発見

• 標準模型におけるC対称性の破れ項は、ニュートリノエネルギーを核子質量で割った量に比例する割合で、u_e-n捕獲断面積を増大させる。
• u_e-n捕獲の増大は、r過程中に利用可能な自由中性子の数を減少させ、結果として中性子過剰な重い核種の生成が抑制される。
• C対称性の破れに起因するr過程の抑制は、コア収縮超新星における核合成生成物に顕著な変化をもたらすほど顕著である。
• この効果は、ニュートリノのフラックスとエネルギーが非常に高い環境、例えば星のコアにおいて特に顕著である。
• C対称性の破れ項は、標準的なr過程モデルに含まれない、核合成に影響を与える新たなメカニズムを提供する。
• C対称性の破れ寄与の大きさは、E_ν / m_Nのオーダーであり、ここでE_νはニュートリノエネルギー、m_Nは核子質量である。