Öz-etkileşimli astrofiziksel nötrinoların çeşni evrimleri
Astrophysical neutrinos flavor evolution with self interaction
Yazar: İSMAİL TAYGUN BULMUŞ
Danışman: DOÇ. DR. YAMAÇ DELİDUMAN
Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Çekirdek çökmeli süpernovalarda açığa çıkan nötrinolar, patlama sonrasında merkezde bulunan proto-nötron yıldızının (PNY) soğuma mekanizmasında önemli bir yer tutar. Fotonlar, nötrinolara kıyasla daha çok etkileşime girdiği için süpernovanın patlama enerjisini uzay boşluğuna çıkarmada yetersiz kalır. Nötrinolar ise PNY'den ayrıldıktan sonra patlama enerjisini, neredeyse ışık hızında süpernovadan dışarıya doğru taşıyabilir. Bu patlamayla açığa çıkan nötrinoların parlaklıklarının 10$^{53}$ erg/s büyüklüğünde olduğu düşünülmektedir. Nötrinoların madde ile etkileşim tesir kesiti görece çok küçük olmasına rağmen bu kadar yoğun bir ortam, onların öz-etkileşime girmelerine olanak sağlamaktadır. Nötrinolar öz-etkileşime girdiği gibi süpernovadan çıkan elektron ve baryonlarla da etkileşime girer. Ancak bu çalışmada nötrino-elektron veya nötrino-baryon etkileşimleri, hesaplamalara dolaylı olarak eklenmiştir. Nötrino-nötrino etkileşimi iki çeşit saçılma diyagramı ile betimlenir. Bunlardan biri momentum değişimi olmayan ileri saçılma diyagramı, diğeri ise momentumların değiş-tokuş olduğu saçılma diyagramıdır. Öz-etkileşimli nötrinolar, süpernovadan ayrılıp yaklaşık 200-300 km mesafe katettikten sonra, enerji spektrumlarında spektral ayrılma meydana gelir. Bu spektral ayrılmayı, nötrinoların istatistiksel dağılımında gerçekleşen çeşni yer değişimleri olarak düşünebiliriz. Sıcaklık ve enerji aralığı ile çeşitli dağılımlar  gibi başlangıç koşullarına bağlı olan bu spektral ayrılma, yakın gelecekte gözlemlemeyi beklediğimiz bir süpernova patlamasının nötrino sinyalini değerlendirmek ya da anlamlandırmak için bize önemli ipuçları verecektir. Bu çalışmada, literatürdeki süpernova modellerinin kullandığı çeşitli enerji spektrumları, karışma açıları ve sıcaklıklar için spektral ayrılmalar elde edilmiştir. Böylelikle süpernova patlamasından geldiği düşünülen nötrinoların çeşni spektrumlarına bakılarak, hangi süpernova modelinin daha gerçekçi ve deneysel verilere daha uygun olduğu anlaşılabilir.

Abstract:
The neutrinos that emerge in the core collapse supernovas play an important role in the cooling mechanism of the proto-neutron star (PNS) that is located in the centre of the supernova. Photons, since they engage in interactions more than the neutrinos, are incapable of transmitting the explosion energy of the supernova into the interstellar medium. Neutrinos, on the other hand, after having decoupled from the PNS, can carry the explosion energy nearly at the speed of light. The luminosity of the neutrinos that emerge in the explosion is estimated to be 10$^{53}$ erg/s. Although the neutrinos' interaction cross-section with matter is relatively very small, such a dense medium makes it possible for the neutrinos to engage in self-interaction. In addition to self-interaction, neutrinos interact with electrons and baryons that are emitted from the supernova as well. However in this study interactions of neutrino-electron and neutrino-baryon are added to the calculations indirectly. Neutrino-neutrino interactions are described by two kinds of scattering diagrams: the forward scattering diagram in which there is no momentum transfer and the scattering diagram with exchanged momentum. When the self-interacting neutrinos are emitted from the PNS and traverse approximately 300km of range, they undergo a spectral split in their energy spectrums. We can think of this spectral split as an exchange of flavour that occurs in the statistical distribution of neutrinos. The spectral split which is dependent on the initial conditions such as the variety of distributions, temperature and energy interval is important for us because it can give us important clues in evaluating or interpreting a neutrino signal of a supernova explosion that is anticipated to be observed in the near future. In this study, spectral splits for various energy spectrums, mixing angles and temperatures that are employed in the supernova models in the literature are obtained. Thus when the neutrinos, which are assessed to be coming from a supernova explosion, are detected, we can understand that which supernova model is more realistic and compatible with the experimental data.