Kernkollaps-Supernovae sind energetische Explosionen, die das Ende massereicher Sterne markieren und in deren Verlauf eine Vielzahl von Neutrinos erzeugt wird. Die Wechselwirkung von Neutrinos mit der umgebenden Materie spielt eine wichtige Rolle für die Dynamik der Supernova, das messbare Neutrinosignal und die Nukleosynthese-Prozesse. Für einige Wechselwirkungsprozesse, beispielsweise Bremsstrahlung, inelastische Streuung und den modifizierten Urca-Prozess, sind miteinander wechselwirkende Nukleonen besonders wichtig. In Supernova-Simulationen werden diese Prozesse basierend auf vereinfachten Modellen wie der Ein-Pion-Austausch-Näherung für die Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung beschrieben oder im Fall der inelastischen Streuung gar nicht berücksichtigt.

In dieser Arbeit erweitern wir den bestehenden Formalismus und gehen über diese Näherungen hinaus. Wir berechnen Ausdrücke für die Strukturfunktion für Neutrino-Wechselwirkungsprozesse mit neutralen Strömen, die im Fall nicht-entarteter Mischungen aus Protonen und Neutronen gültig sind bzw.\ in Neutronenmaterie die Effekte von Nukleon-Nukleon-Wechselwirkungen und Rückstoß kombinieren. Darüber hinaus leiten wir einen Ausdruck für die Strukturfunktion für Prozesse mit geladenen Strömen her, an denen miteinander wechselwirkende Nukleonen beteiligt sind. Unsere Rechnungen basierend auf Wechselwirkungen, die durch die chirale effektive Feldtheorie (EFT) beschrieben werden, zeigen in Mischungen aus Protonen und Neutronen eine Halbierung der Neutrino-Wechselwirkungsraten verglichen mit Rechnungen in der Ein-Pion-Austausch-Näherung für Dichten, die für die Neutrinosphären typisch sind (10^12-10^13 g/cm^3), sowie bei höheren Dichten. Dies stimmt mit früheren Ergebnissen in Neutronenmaterie überein. Rechnungen basierend auf Streuphasen, die aus experimentellen Daten extrahiert wurden, gehen über die Born-Näherung hinaus und zeigen eine ähnliche Reduktion bei hohen Dichten, aber eine deutliche Steigerung bei niedrigen Dichten, insbesondere für kleine Energieüberträge. Wir führen diesen Effekt darauf zurück, dass die Streulängen im Zwei-Nukleon-Sektor groß sind und sich Supernova-Materie bei kleinen Dichten wie ein resonantes Fermi-Gas verhält. Der Einfluss unserer verbesserten Raten auf die Neutrino-Emission und die Dynamik von Supernovae werden in Zusammenarbeit mit Astrophysikern auf zwei Arten untersucht: Wir verwenden detaillierte Tabellen unserer Ergebnisse, um nachträglich die Neutrinoraten entlang von in Supernova-Simulationen generierten Profilen zu berechnen, sowie einen ungefähren Korrekturfaktor, der direkt in einer Simulation implementiert wird. Wir finden geringe Änderungen der Neutrino-Emission in Form einer Verschiebung der Luminosität von Myon- und Tau- zu Elektron-Neutrinos und härterer Neutrinospektren sowie eine leichte Verzögerung der Proto-Neutronenstern-Abkühlung.

Die chirale EFT sagt auch Dreiteilchenkräfte voraus, deren Bedeutung in Kernstruktur-Rechnungen gezeigt wurde. Wir präsentieren erstmals Ergebnisse für Neutrino-Wechselwirkungsraten mit Dreiteilchenkräften in nicht-entarteter Materie. In Neutronenmaterie finden wir sowohl in dritter als auch (in geringerem Maße) in vierter Ordnung der chiralen Entwicklung eine starke Zunahme der Wechselwirkungsraten und Opazitäten relativ zu Rechnungen, die nur chirale Zweiteilchenkräfte enthalten. Der Einfluss von Dreiteilchenkräften in Mischungen aus Protonen und Neutronen ist hingegen deutlich geringer. Zusätzlich betrachten wir inelastische Streuung und zeigen, dass der Grenzfall großer Wellenlängen für die Strukturfunktion zwar für die Berechnung von Opazitäten, aber nicht für die des Energieübertrags eine gute Näherung darstellt. Nukleon-Nukleon-Wechselwirkungen spielen verglichen zum Energieübertrag durch Rückstoß vor allem eine Rolle für Neutrinos mit niedriger Energie in dichten, heißen Umgebungen. Unsere ersten Ergebnisse für die Spin-Relaxationsrate in Prozessen mit geladenen Strömen zeigen Trends, die denen für Prozesse mit neutralen Strömen ähnlich sind. Abschließend skizzieren wir offene Fragen und verbleibende Schritte hin zu einer konsistenten Beschreibung von Neutrino-Nukleon-Wechselwirkungen basierend auf modernen Kernkräften.