Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из эффекта MSW )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Эффект Михеева-Смирнова-Вольфенштейна (часто называемый эффектом материи ) - это физический процесс частиц, который может изменять осцилляции нейтрино в веществе . Работы американского физика Линкольна Вольфенштейна 1978 и 1979 годов привели к пониманию того, что параметры осцилляций нейтрино изменяются в веществе. В 1985 году советские физики Станислав Михеев и Алексей Смирнов предсказали, что медленное уменьшение плотности вещества может резонансно усилить смешивание нейтрино. [1] Позже в 1986 году Стивен Парк изФермилаб , Ханс Бете из Корнельского университета , С. Питер Розен и Джеймс Гелб из Национальной лаборатории Лос-Аламоса провели аналитическую обработку этого эффекта.

Объяснение [ править ]

Присутствие электронов в веществе изменяет уровни энергии собственных состояний распространения (массовые собственные состояния) нейтрино из-за заряженного тока, когерентного рассеяния электронных нейтрино вперед (т. Е. Слабых взаимодействий ). Когерентное рассеяние вперед аналогично электромагнитному процессу, приводящему к показателю преломлениясвета в среде. Это означает, что нейтрино в веществе имеют другую эффективную массу, чем нейтрино в вакууме, и, поскольку осцилляции нейтрино зависят от квадрата разности масс нейтрино, осцилляции нейтрино могут отличаться в веществе от осцилляций в вакууме. С антинейтрино концептуальная точка та же, но эффективный заряд, с которым связано слабое взаимодействие (называемый слабым изоспином ), имеет противоположный знак. Если электронная плотность вещества изменяется на пути нейтрино, перемешивание нейтрино возрастает до максимума при некотором значении плотности, а затем возвращается обратно; это приводит к резонансному превращению одного типа нейтрино в другой.

Эффект важен при очень больших плотностях электронов Солнца, где рождаются электронные нейтрино. Нейтрино высоких энергий, наблюдаемые, например, в нейтринной обсерватории Садбери (SNO) и в Супер-Камиоканде , производятся в основном как собственное состояние с большей массой в веществе ν 2 и остаются такими же, как и плотность солнечного вещества. [2] Таким образом, нейтрино высокой энергии, покидающие Солнце, находятся в собственном состоянии распространения вакуума, ν 2 , которое имеет уменьшенное перекрытие с электронным нейтрино , видимым реакциями заряженного тока в детекторах.

Экспериментальные доказательства [ править ]

Для высокоэнергетических солнечных нейтрино важен эффект МСВ, и поэтому можно ожидать, что , где - угол смешивания Солнца . Это было убедительно подтверждено в Нейтринной обсерватории Садбери (SNO), которая решила проблему солнечных нейтрино . SNO измерила поток солнечных электронных нейтрино и составил ~ 34% от общего потока нейтрино (поток электронных нейтрино, измеренный посредством реакции заряженного тока , и полный поток через реакцию нейтрального тока ). Результаты SNO хорошо согласуются с ожиданиями. Ранее Камиоканде и Супер-Камиоканде измерили смесь реакций заряженного тока и нейтрального тока, которые также подтверждают возникновение эффекта MSW с аналогичным подавлением, но с меньшей уверенностью.

Вероятность выживания солнечных нейтрино согласно теории МСВ. Сплошная линия предназначена для нейтрино, которые регистрируются днем, пунктирная линия - для нейтрино, которые обнаруживаются ночью и проходят через Землю, испытывая «регенерацию». В 4 вертикальные полоски указывают значения энергий , при которых была измерена вероятность выживания, путем из п.п. , 7 Be , бодрости духа и 8 B солнечных нейтрино, соответственно.

С другой стороны, для солнечных нейтрино малых энергий влияние вещества незначительно, и формализм осцилляций в вакууме справедлив. Размер источника (т. Е. Ядра Солнца) значительно больше, чем длина колебания, поэтому, усредняя по коэффициенту колебаний, получаем . Для θ  = 34 ° это соответствует вероятности выживания P ee  ≈ 60%. Это согласуется с экспериментальными наблюдениями низкоэнергетических солнечных нейтрино в эксперименте Homestake (первый эксперимент, раскрывающий проблему солнечных нейтрино), за которым следуют GALLEX , GNO и SAGE (в совокупности - галлийрадиохимические эксперименты), а совсем недавно эксперимент Borexino , в котором наблюдались нейтрино от pp (<420 кэВ) , 7 Be  (862 кэВ), pep (1,44 МэВ) и 8 B (<15 МэВ) по отдельности. Только измерения Borexino подтверждают структуру MSW; однако все эти эксперименты согласуются друг с другом и предоставляют убедительные доказательства эффекта MSW.

Эти результаты дополнительно подтверждаются реакторным экспериментом KamLAND , который уникальным образом способен измерять параметры колебаний, которые также согласуются со всеми другими измерениями.

Переход между режимом низкой энергии (эффект МСВ незначителен) и режимом высокой энергии (вероятность осцилляций определяется эффектами материи) находится в области около 2 МэВ для солнечных нейтрино.

Эффект MSW может также модифицировать нейтринные осцилляции в Земле, и будущий поиск новых осцилляций и / или лептонного нарушения CP может использовать это свойство.

См. Также [ править ]

  • Колебания нейтрино

Ссылки [ править ]

Цитаты

  1. Перейти ↑ Chela-Flores 2011 , p. 305.
  2. ^ Когда нейтрино проходят через резонанс МСВ, нейтрино имеют максимальную вероятность изменить свой аромат , но бывает, что эта вероятность пренебрежимо мала - это иногда называют распространением в адиабатическом режиме.

Библиография

  • Чела-Флорес, Дж. (2011). Наука астробиологии . Springer Science & Business Media . ISBN 9789400716278.
  • Шварцшильд, Б. (2003). «Антинейтрино от далеких реакторов имитируют исчезновение солнечных нейтрино» . Физика сегодня . 56 (3): 14–16. Bibcode : 2003PhT .... 56c..14S . DOI : 10.1063 / 1.1570758 . Архивировано из оригинала на 2007-07-10 . Проверено 24 апреля 2010 .
  • Бройманс, Г. (28 июля 1998 г.). «Колебания нейтрино в веществе: эффект МСВ». Новый предел колебаний ν μ → ν τ . Католический университет Лувена . п. 40. Отсутствует или пусто |url=( справка )
  • Михеев, ИП; Смирнов, А.Ю. (1985). «Резонансное усиление колебаний в веществе и спектроскопия солнечных нейтрино». Советский журнал ядерной физики . 42 (6): 913–917. Bibcode : 1985YaFiz..42.1441M .
  • Вольфенштейн, Л. (1978). «Колебания нейтрино в веществе». Physical Review D . 17 (9): 2369–2374. Bibcode : 1978PhRvD..17.2369W . DOI : 10.1103 / PhysRevD.17.2369 .
  • Вольфенштейн, Л. (1979). «Колебания нейтрино и коллапс звезд». Physical Review D . 20 (10): 2634–2635. Bibcode : 1979PhRvD..20.2634W . DOI : 10.1103 / PhysRevD.20.2634 .
  • Парк, SJ (1986). «Неадиабатический переход уровней в резонансных нейтринных осцилляциях». Письма с физическим обзором . 57 (10): 1275–1278. Bibcode : 1986PhRvL..57.1275P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.57.1275 . PMID  10033402 .
  • Бете, HA (1986). «Возможное объяснение загадки солнечных нейтрино». Письма с физическим обзором . 56 (12): 1305–1308. Bibcode : 1986PhRvL..56.1305B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.56.1305 . PMID  10032627 .
  • Розен, ИП; Гелб, JM (1986). «Усиление колебаний Михеева-Смирнова-Вольфенштейна как возможное решение проблемы солнечных нейтрино» . Physical Review D . 34 (4): 969–979. Bibcode : 1986PhRvD..34..969R . DOI : 10.1103 / PhysRevD.34.969 . PMID  9957237 .