Interacciones de neutrinos: efectos colectivos y aplicaciones a medios astrofísicos

La astrofísica teórica en la actualidad se basa en la conjunción de modelos electrodébiles, la física de hadrones y bariones, y modelos de estructuras extendidas de la materia. Un elemento clave en los distintos procesos que se llevan a cabo en sistemas astrofísicos son los neutrinos. Estos son producidos en grandes cantidades en distintos procesos astrofísicos, desde la fusión de elementos en el interior de estrellas, procesos explosivos de supernovas o gamma-ray bursts. Al tener una masa tan pequeña y ser eléctricamente neutros, son excelentes mensajeros entre las distintas fuentes astrofísicas y la Tierra. La detección de estos neutrinos puede proveer información clave sobre los distintos procesos que los generaron y las condiciones físicas en las distintas fuentes. Durante las últimas décadas, ha habido un incremento en el interés en el estudio de las interacciones de los neutrinos con materia visible (interacciones electrodébiles) y con materia oscura. La naturaleza de la materia oscura todavía no ha sido comprendida, pero se estima que el Universo esté compuesto por un 25,9 % de materia oscura frente un 5 % de materia ordinaria, mientras que el 69,1 % restante sería energía oscura [1]. Es posible que la materia oscura pueda interactuar con los neutrinos, por lo que el estudio de tales interacciones podría ayudar a comprender las propiedades de este tipo de materia. Este trabajo de Tesis está dedicado al estudio de las interacciones de neutrinos. En primer lugar, se estudian las interacciones entre neutrinos en el contexto de una supernova. En este tipo de escenarios, la densidad de neutrinos es muy alta y es probable que interactúen entre ellos, modificando el flujo de neutrinos que llegan a la Tierra. En segundo lugar, se estudian las interacciones con el halo de materia oscura presente en nuestra galaxia, y el efecto sobre las secciones eficaces de neutrinos detectados en la Tierra [1] Planck Collaboration, Aghanim, N. et al. ((Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters)). A&A 641, A6 (sep. de 2020).