超新星爆発時のニュートリノ相互作用が引き起こすニュートリノ振動の多次元効果の研究

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本課題は、超新星爆発内部において大量に解放されたニュートリノ同士の相互作用によって引き起こされるニュートリノ集団振動の振る舞いを数値的に解き明かすことを目標とした。超新星爆発においてニュートリノは、フレーバーに依存する反応を通してその爆発機構や地上観測などに大きな役割を果たしている。そのため爆発シミュレーションはニュートリノの取り扱いに敏感であり、もし超新星内部でそのフレーバーが変換されるニュートリノ振動が起きるとそのダイナミクスや観測量に影響を与える可能性がある。本年度はそのニュートリノ集団振動の中でも、ニュートリノの角度分布が原因で生じる高速フレーバー変換と呼ばれる振動効果に注目して研究を行った。これまでにも線形安定性解析を用いて超新星爆発内部においていつどこでどのような条件でこの振動効果が生じるのか研究が行われてきたが、そこでは非線形効果が考慮されていなかった。また考慮していたとしても一様空間分布を仮定し、時間進化のみ数値計算で扱った研究のみであった。本研究では空間分布の時間進化をフーリエ空間上で考えることで、非線形効果を空間フーリエモードのカップリングとして取り扱うことに成功した。線形安定性解析から得られる予測では特定の空間モードのみが成長するとなっていたが、非線形効果を考慮することで時間進化に伴ってそこからその他のモードへと波及していく様子が明らかとなった。この振る舞いは空間分布を考慮せずに高速フレーバー変換の非線形効果を調べても得られない結果であり、時空間での進化計算の重要性を示したものとなっている。本成果は論文としてPhysical Review D にて発表した。