对不同超新星模型中影响中微子振荡的物理效应的理论研究

Neutrino physics is a research hotpot in the current particle physics and astrophysics. Not only the mechanism of supernova explosion and the origin and evolution of the universe can be understood deeply, but also the detailed information about neutrino properties and mixing parameters can be obtained by studying supernova neutrinos. In simulation aspect, it is found that resulting from the different supernova masses and variations of internal densities, the status of neutrino oscillations subjected to several physical effects are different obviously in different supernova models. In experiment aspect, the Daya Bay and other neutrino experiments have provided us accurate neutrino mixing parameters. Moreover, it is expected that the JUNO Collaboration will provide us more information about the neutrino mass hierarchy and other aspects. All of the above factors contribute significantly to the research of supernova neutrinos and neutrino oscillations. On the basis of theoretical study on the oscillations and detection of supernova neutrinos, in our project we will carry out the following studies: firstly, deeper research and comparison on the collective effects in different supernova models; secondly, study on the variations of supernova neutrino oscillations in different supernova models combing with the shock wave effects and the MSW effects; thirdly, calculation and estimation on the event number of supernova neutrinos detected on the Earth using JUNO experimental parameters.

中微子物理是当前粒子物理学和天体物理学的研究热点。对超新星中微子进行研究，既可以深入了解超新星爆发，宇宙起源及演化，又可以获得中微子性质及混合参量的信息。模拟方面，通过对不同质量超新星模型进行研究发现，由于质量和内部密度变化不同，在几种物理效应的共同作用下，不同模型内部中微子振荡情况存在较大差别；实验方面，大亚湾等多个中微子实验已经测得了精确的中微子混合参量，江门中微子实验预计将给我们提供中微子质量层次等更多的信息。这对研究超新星中微子和中微子振荡具有极大的促进作用。本项目将在超新星中微子振荡和探测的理论研究基础上开展以下工作：对不同质量超新星模型的中微子集体效应进行深入研究和比较；结合震荡波效应和Mikheyev-Smirnov-Wolfenstain效应研究中微子在不同超新星模型内部的振荡情况；结合江门中微子实验参量对地球上可能探测到的超新星中微子事例数进行预测。

研究超新星中微子对于了解超新星爆发机制，宇宙起源以及中微子固有参量的信息等具有重要意义。近些年来，大亚湾、Garching等国内外多个合作组和研究组在实验和模拟方面提供的超新星爆发以及中微子相关数据为理论方面研究中微子振荡提供了更多可供参考的数据。.本项目主要研究了影响超新星中微子振荡的震荡波效应和其他物理效应。我们利用最新模拟的超新星中微子信息和中微子振荡相关理论，对数据处理和拟合方法进行优化，针对不同质量超新星模型内部震荡波效应进行全面、细致、深入的研究。本项目结合中微子穿越整个超新星模型过程中所受到的物质效应，给出了一个新的超新星模型，此模型包含了影响中微子振荡的向前和向后两个震荡波。通过讨论几种可能的共振点和密度突变情况，给出中微子穿越这个新模型后的振荡概率表达式。同时，我们将计算结果与以前的旧模型（只包含向前震荡波）做了比较，给出向后震荡波的出现对中微子振荡所产生的影响效应。这一成果对于研究超新星模型内部震荡波形态和效应以及为正在建设的江门实验探测中微子事例数提供了可以参考的信息。