Излучает ли нейтринный газ излучение абсолютно черного тела?

Мое понимание микроскопического «механизма» излучения черного тела* в газе таково: взаимодействия между флуктуирующими распределениями зарядов в частицах газа создают микроскопическое случайное электромагнитное поле. Частицы взаимодействуют с этим полем и друг с другом напрямую (например, при столкновениях), производя электромагнитное излучение в непрерывном спектре, соответствующем спектру абсолютно черного тела.

Это означает, что только газы, которые фактически взаимодействуют с электромагнитным полем, могут производить излучение абсолютно черного тела. Это нормально для почти всей нормальной материи** во Вселенной, поскольку почти вся материя либо явно электрически заряжена, либо представляет собой составную частицу, состоящую из заряженных составляющих и, следовательно, имеющую флуктуирующее распределение заряда. (В случае фотонного газа сами составляющие не заряжены, но излучение черного тела и спектр черного тела эквивалентны, потому что они, по сути, являются излучением черного тела.) Это не относится к нейтрино. Это долгоживущие точечные частицы без электрического заряда, поэтому они не должны взаимодействовать с электромагнитным полем. Таким образом, газ нейтрино не будет производить излучение абсолютно черного тела.

Считается ли это правдой? Единственный известный мне "нейтринный газ" в тепловом равновесии - это ансамбль реликтовых нейтрино, созданный вместе с реликтовым излучением, и сложность измерения нейтрино низких энергий означает, что мы, вероятно, не сможем измерить это в ближайшее время. . Тем не менее, есть ли наблюдения, подтверждающие эту линию рассуждений?

* Я понимаю, что излучение черного тела — это статистическое макроскопическое явление, поэтому любое подобие микроскопического «механизма» немного преувеличено. Вот почему я не пытаюсь вдаваться в подробности в этом объяснении.

**За исключением тёмной материи, разумеется. Что, по массе, по всем правилам должно считаться «нормальной материей» в этой вселенной, но это не относится к делу.

Я бы предположил, что они производят очень слабое излучение черного тела Z бозоны через взаимодействие нейтрального тока, хотя из-за его большой массы это могло бы произойти только на очень высоком конце шкалы.
@Slereah Но Z производство бозонов нельзя назвать «излучением» в каком-либо реальном смысле, они слишком быстро распадаются. Тогда у вас есть черное тело Z спектр свернут с Z спектр распада, что проблематично, потому что существует нетривиальная вероятность Z → ν ν ¯ происходит, так что я почти уверен, что это тоже не будет похоже на черное тело.

Ответы (1)

Существует разница между локальным и полным термодинамическим равновесием. Примером первых являются реликтовые космические нейтрино. Их распределение кинетических энергий можно описать одной температурой, но они явно не находятся и уже давно не находятся в равновесии с полем излучения при той же температуре.

Чтобы находиться в полном термодинамическом равновесии и испускать излучение черного тела, нейтрино должны быть оптически толстыми по отношению к излучению во Вселенной. Сейчас это не так, но фактически это было до того, как нейтрино «отделились» от барионной материи примерно через 1 с после Большого взрыва. До этого можно было сказать, что нейтринный газ находился в КТР с полем излучения из-за слабых взаимодействий, которые удерживали их в равновесии с заряженными лептонами, протонами и нейтронами.

Итак, обратите внимание, что ключ здесь в том, что нейтрино в принципе могут быть оптически толстыми, но это потому, что они могут находиться в равновесии с заряженными барионами/лептонами в результате таких реакций, как

е + + е − ↔ ν е + ν е ¯
п + е → н + ν е
н → п + е + ν е ¯

в конце концов, похоже на случай развязанных фотонов реликтового излучения.
Это имеет смысл для космического нейтринного фона, для которого космологические процессы выводят его из равновесия. Но если бы я мог гипотетически просто поместить группу нейтрино в какое-то удержание и подождать некоторое время, вы говорите, что нейтринный газ в конечном итоге термализируется и испускает излучение черного тела? Если да, то какие микроскопические процессы мы могли бы принять за «механизм» испускания излучения абсолютно черного тела?
@probably_someone Нет, я этого не говорю. Нет, если только вы не соберете вместе достаточно нейтрино, чтобы стать оптически толстым (как и должно быть абсолютно черное тело).
Излучает ли нейтринный газ излучение абсолютно черного тела?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v