Estudio de formación de elementos pesados con la inclusión de neutrinos masivos

Abstract

En este trabajo de Tesis estudiamos los efectos de la incorporación de neutrinos masivos, un sabor estéril y las oscilaciones entre los distintos sabores en el formalismo de la teoría de las reacciones nucleares que conducen a la formación de núcleos pesados en supernovas. La presencia de neutrinos masivos (y los efectos asociados como las oscilaciones entre los autoestados de sabor, la jerarquía de masas y los neutrinos estériles) afecta las velocidades de las reacciones en las que estos participan. Es por ello que resulta interesante contemplar una reformulación de las velocidades de decaimiento β en términos de los parámetros de oscilación de neutrinos y de las simetrías del sector leptónico para explicar diversos fenómenos de interés astrofísico, como por ejemplo, los procesos de nucleosíntesis. En particular, estudiamos los procesos rápidos de captura neutrónica (proceso-r), que suelen asociarse con eventos explosivos como las supernovas originadas por el colapso del núcleo estelar. Primero estudiamos el ambiente y las características del material necesarias para que el proceso-r pueda desarrollarse. En particular, analizamos los efectos de la incorporación de neutrinos masivos, un sabor estéril y el mecanismo de las oscilaciones sobre la fracción de neutrones libres, los flujos de neutrinos, la densidad bariónica y la fracción electrónica del material en la etapa previa al comienzo de las cadenas de reacción del proceso-r. Para ello, trabajamos con el formalismo de matrices de densidad, incorporando al Hamiltoniano los efectos de la oscilación, las interacciones con la materia y las interacciones neutrino-neutrino. Encontramos que estas incorporaciones modifican la fracción electrónica del material y pu- dimos establecer cotas para los parámetros de oscilación desconocidos. Hemos considerado dos propuestas diferentes para la función de distribución inicial de los neutrinos y distintas combinaciones de parámetros de mezcla (incluyendo θ 34 6 = 0). Encontramos que las interac- ciones neutrino-materia y neutrino-neutrino son las que afectan en mayor medida al valor de la fracción electrónica, afectando la probabilidad de ocurrencia y el desenlace del proceso-r. En segundo lugar, dado que los dos mecanismos principales del proceso-r son las capturas neutrónicas y los decaimientos beta, la reformulación del cálculo de las velocidades de los decaimientos resulta importante. Presentamos, por lo tanto, el cálculo de las velocidades de los decaimientos débiles contemplando correctamente a los neutrinos y sus procesos de oscilación para poder utilizarlas en la determinación de abundancias de elementos pesados. Para ello calculamos elementos de matriz de las corrientes electrodébiles para encontrar las amplitudes de transición de los decaimientos en presencia de oscilaciones de neutrinos entre sabores activos y estériles. Concluimos que la inclusión de neutrinos masivos y sus oscilaciones con un sabor estéril afectan las velocidades de los decaimiento beta y a las abundancias de núcleos pesados producidos vía proceso-r.