Papers
Topics
Authors
Recent
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash
144 tokens/sec
GPT-4o
7 tokens/sec
Gemini 2.5 Pro Pro
46 tokens/sec
o3 Pro
4 tokens/sec
GPT-4.1 Pro
38 tokens/sec
DeepSeek R1 via Azure Pro
28 tokens/sec
2000 character limit reached

Fast Flavor Transformations (2207.03561v1)

Published 7 Jul 2022 in astro-ph.HE and hep-ph

Abstract: The neutrino fast flavor instability (FFI) can change neutrino flavor on time scales of nanoseconds and length scales of centimeters. It is expected to be ubiquitous in core-collapse supernovae and neutron star mergers, potentially modifying the neutrino signal we see, how matter is ejected from these explosions, and the types of heavy elements that form in the ejecta and enrich the universe. There has been a great deal of recent interest in understanding the role the FFI plays in supernovae and mergers, but the short length and time scales and the strong nonlinearity have prevented the FFI from being included consistently in these models. We review the theoretical nature of the FFI starting with the quantum kinetic equations, where the instability exists in neutron star mergers and supernovae, and how the instability behaves after saturation in simplified simulations. We review the proposed methods to test for instability in moment-based calculations where the full distribution is not available and describe the numerical methods used to simulate the instability directly. Finally, we close by outlining the trajectory toward realistic, self-consistent models that will allow a more complete understanding of the impact of the FFI in supernovae and mergers.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (97)
  1. L. Wolfenstein, Physical Review D 17, 2369 (1978).
  2. S. P. Mikheyev and A. Y. Smirnov, Progress in Particle and Nuclear Physics 23, 41 (1989).
  3. A. S. Dighe and A. Y. Smirnov, Physical Review D 62, 033007 (2000).
  4. V. A. Kostelecký and S. Samuel, Physical Review D 52, 621 (1995).
  5. S. Samuel, Physical Review D 53, 5382 (1996).
  6. H. Duan, G. M. Fuller, and Y.-Z. Qian, Physical Review D 74, 123004 (2006a).
  7. J. Pantaleone, Physics Letters B 287, 128 (1992).
  8. R. F. Sawyer, Physical Review D 79, 105003 (2009).
  9. H. Duan and A. Friedland, Physical Review Letters 106, 091101 (2011).
  10. B. Dasgupta, E. P. O’Connor, and C. D. Ott, Physical Review D 85, 065008 (2012).
  11. A. Banerjee, A. Dighe, and G. Raffelt, Physical Review D 84, 053013 (2011).
  12. G. Raffelt, S. Sarikas, and D. d. S. Seixas, Physical Review Letters 111, 091101 (2013).
  13. R. F. Sawyer, Physical Review D 72, 045003 (2005).
  14. S. Sarikas, D. de Sousa Seixas, and G. Raffelt, Physical Review D 86, 125020 (2012a).
  15. R. F. Sawyer, Physical Review Letters 116, 081101 (2016).
  16. B. Dasgupta, A. Mirizzi, and M. Sen, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2017 (02), 019.
  17. H. Duan, G. M. Fuller, and Y.-Z. Qian, Annual Review of Nuclear and Particle Science 60, 569 (2010).
  18. S. Horiuchi and J. P. Kneller, Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 45, 043002 (2018).
  19. I. Tamborra and S. Shalgar, Annual Review of Nuclear and Particle Science 71, 165 (2021).
  20. F. Capozzi and N. Saviano, Universe 8, 94 (2022).
  21. E. Rrapaj, Physical Review C 101, 065805 (2020).
  22. Z. Xiong, Physical Review D 105, 103002 (2022).
  23. A. Roggero, Physical Review D 104, 123023 (2021a).
  24. A. V. Patwardhan, M. J. Cervia, and A. Balantekin, Physical Review D 104, 123035 (2021).
  25. A. Roggero, Physical Review D 104, 103016 (2021b).
  26. A. Roggero, E. Rrapaj, and Z. Xiong, arXiv:2203.02783  (2022).
  27. M. Molewski and B. Jones, Physical Review D 105, 056024 (2022).
  28. C. A. Argüelles and B. J. P. Jones, Physical Review Research 1, 033176 (2019).
  29. A. Esteban-Pretel, R. Tomàs, and J. W. F. Valle, Physical Review D 76, 053001 (2007).
  30. M. Blennow, A. Mirizzi, and P. D. Serpico, Physical Review D 78, 113004 (2008).
  31. A. Das, A. Dighe, and M. Sen, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2017 (05), 051.
  32. A. Dighe and M. Sen, Physical Review D 97, 043011 (2018).
  33. C. Volpe, D. Väänänen, and C. Espinoza, Physical Review D 87, 113010 (2013).
  34. D. Väänänen and C. Volpe, Physical Review D 88, 065003 (2013).
  35. J. Serreau and C. Volpe, Physical Review D 90, 125040 (2014).
  36. A. Kartavtsev, G. Raffelt, and H. Vogel, Physical Review D 91, 125020 (2015).
  37. A. Chatelain and C. Volpe, Physical Review D 95, 043005 (2017).
  38. C. Giunti, Foundations of Physics Letters 17, 103 (2004).
  39. E. Akhmedov, J. Kopp, and M. Lindner, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2017 (09), 017.
  40. A. Chatelain and M. C. Volpe, Physics Letters B 801, 135150 (2020).
  41. G. Sigl and G. Raffelt, Nuclear Physics B 406, 423 (1993).
  42. A. D. Dolgov, Sov. J. Nucl. Phys. (Engl. Transl.); (United States) 33:5 (1981).
  43. G. Raffelt, G. Sigl, and L. Stodolsky, Physical Review D 45, 1782 (1992).
  44. P. Strack and A. Burrows, Physical Review D 71, 093004 (2005).
  45. C. Giunti and C. W. Kim, Fundamentals of neutrino physics and astrophysics (Oxford University Press, Oxford ; New York, 2007).
  46. A. Vlasenko, G. M. Fuller, and V. Cirigliano, Physical Review D 89, 105004 (2014).
  47. C. Volpe, International Journal of Modern Physics E 24, 1541009 (2015).
  48. D. N. Blaschke and V. Cirigliano, Physical Review D 94, 033009 (2016).
  49. P. D. Group, Progress of Theoretical and Experimental Physics 2020, 083C01 (2020).
  50. S. W. Bruenn, The Astrophysical Journal Supplement Series 58, 771 (1985).
  51. A. Burrows, S. Reddy, and T. A. Thompson, Nuclear Physics A 777, 356 (2006).
  52. B. Dasgupta and A. Dighe, Physical Review D 77, 113002 (2008).
  53. M. Chakraborty and S. Chakraborty, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2020 (01), 005.
  54. S. Shalgar and I. Tamborra, Physical Review D 104, 023011 (2021a).
  55. I. Izaguirre, G. Raffelt, and I. Tamborra, Physical Review Letters 118, 021101 (2017).
  56. T. Morinaga and S. Yamada, Physical Review D 97, 023024 (2018).
  57. B. Dasgupta, A. Mirizzi, and M. Sen, Physical Review D 98, 103001 (2018).
  58. S. Abbar and M. C. Volpe, Physics Letters B 790, 545 (2019).
  59. S. Abbar, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2020 (05), 027.
  60. L. Johns and H. Nagakura, Physical Review D 103, 123012 (2021).
  61. H. Nagakura and L. Johns, Physical Review D 103, 123025 (2021a).
  62. H. Nagakura and L. Johns, Physical Review D 104, 063014 (2021b).
  63. J. Cernohorsky and S. A. Bludman, The Astrophysical Journal 433, 250 (1994).
  64. S. Richers, arXiv.2206.08444 10.48550/arXiv.2206.08444 (2022).
  65. I. Padilla-Gay and S. Shalgar, arxiv:2108:00012  (2021).
  66. S. Bhattacharyya and B. Dasgupta, Phys. Rev. Lett. 126, 061302 (2021a).
  67. S. Bhattacharyya and B. Dasgupta, arXiv.2205.05129  (2022).
  68. M. Zaizen and T. Morinaga, Physical Review D 104, 083035 (2021).
  69. H. Duan, Physical Review D 88, 125008 (2013).
  70. R. F. Sawyer, arXiv:hep-ph/0408265  (2004).
  71. B. Dasgupta and M. Sen, Physical Review D 97, 023017 (2018).
  72. R. S. L. Hansen, S. Shalgar, and I. Tamborra, Physical Review D 105, 123003 (2022).
  73. H. Duan and S. Shalgar, Physics Letters B 747, 139 (2015).
  74. A. Mirizzi, G. Mangano, and N. Saviano, Physical Review D 92, 021702 (2015).
  75. S. Shalgar, I. Padilla-Gay, and I. Tamborra, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2020 (06), 048.
  76. I. Padilla-Gay, S. Shalgar, and I. Tamborra, J. Cosmol. Astropart. Phys. 01 (2021), 017.
  77. C. Kato, H. Nagakura, and T. Morinaga, The Astrophysical Journal Supplement Series 257, 55 (2021).
  78. I. Padilla-Gay, I. Tamborra, and G. G. Raffelt, Physical Review Letters 128, 121102 (2022).
  79. H. Sasaki and T. Takiwaki, arXiv:2109.14011  (2021).
  80. S. Shalgar and I. Tamborra, Phys. Rev. D 103, 063002 (2021b).
  81. Z. Xiong and Y.-Z. Qian, Physics Letters B 820, 136550 (2021).
  82. L. Johns, arXiv:2104.11369  (2021).
  83. J. D. Martin, C. Yi, and H. Duan, Physics Letters B 800, 135088 (2020).
  84. S. Abbar and F. Capozzi, arXiv:2111.14880  (2021).
  85. H. Duan, J. D. Martin, and S. Omanakuttan, Physical Review D 104, 123026 (2021).
  86. G. Sigl, Physical Review D 105, 043005 (2022).
  87. S. Abbar and F. Capozzi, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2022 (03), 051.
  88. H. Nagakura and M. Zaizen, arXiv:2206.04097  (2022).
  89. S. Shalgar and I. Tamborra, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2021 (01), 014.
  90. S. Shalgar and I. Tamborra, arXiv:2106.15622  (2021d).
  91. S. Bhattacharyya and B. Dasgupta, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2021 (07), 023.
  92. S. Richers, D. Willcox, and N. Ford, Physical Review D 104, 103023 (2021b).
  93. A. Harada and H. Nagakura, The Astrophysical Journal 924, 109 (2022).
  94. X. Li and D. M. Siegel, Physical Review Letters 126, 251101 (2021).
  95. V. Cirigliano, M. Paris, and S. Shalgar, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2018 (11), 019.
  96. M.-R. Wu and I. Tamborra, Physical Review D 95, 103007 (2017).
  97. H. Nagakura, arXiv:2206.04098 10.48550/arXiv.2206.04098 (2022).
Citations (44)

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

X Twitter Logo Streamline Icon: https://streamlinehq.com