Нейтринные осцилляции

Нейтри́нные осцилля́ции — превращения нейтрино (электронного, мюонного или таонного) в нейтрино другого сорта (поколения), или же в антинейтрино. Теория предсказывает наличие закона периодического изменения вероятности обнаружения частицы определённого сорта в зависимости от прошедшего с момента создания частицы собственного времени.

Идея нейтринных осцилляций была впервые выдвинута советско-итальянским физиком Бруно Понтекорво в 1957 году[1].

Такааки Кадзита и Артур Макдональд получили Нобелевскую премию по физике 2015 года за экспериментальное подтверждение нейтринных осцилляций[2][3][4].

Наличие нейтринных осцилляций важно для решения проблемы солнечных нейтрино.

Осцилляции в вакууме

Предполагается, что такие превращения — следствие наличия у нейтрино массы или (для случая превращений нейтрино↔антинейтрино) несохранения лептонного заряда при высоких энергиях.

Стандартная модель в первоначальной версии не описывает массы нейтрино и их осцилляции, однако они могут быть включены в эту теорию с помощью сравнительно небольшой модификации — включения в общий лагранжиан массового члена и PMNS-матрицы смешивания нейтрино.

Вакуумные осцилляции обнаружены для атмосферных, реакторных и ускорительных нейтрино[источник не указан 3962 дня]. Для солнечных нейтрино вакуумные осцилляции могут быть субдоминантным процессом, но пока существование этого типа осцилляций для них не подтверждено, в отличие от осцилляций в веществе (эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна, см. ниже).

Если масса нейтрино равна нулю (а её значение пока неизвестно) либо массы всех типов нейтрино равны, то такой процесс, теоретически, не должен иметь места.

Осцилляции в веществе

Основная статья: Эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна

Нейтринные осцилляции в веществе обусловлены наличием у нейтрино эффективной массы в среде, ненулевой независимо от наличия у нейтрино массы. Такие осцилляции резко усиливаются при движении пучка нейтрино в веществе с плавно меняющейся плотностью в момент, когда эффективные массы двух типов нейтрино становятся близки друг к другу (для этого необходимо также, чтобы разные типы нейтрино по-разному взаимодействовали с веществом, то есть чтобы эффективные потенциалы нейтрино в среде зависели от плотности среды по-разному). Этот эффект называется эффектом Михеева — Смирнова — Вольфенштейна и считается основной причиной экспериментально обнаруженного недостатка электронных нейтрино в потоке нейтрино от Солнца.

Эксперименты

Относительные доли поколений нейтрино в потоке нейтрино на разном расстоянии от ядерного реактора[5]

Осцилляции наблюдались для:

Осцилляции с превращением мюонных нейтрино, а также антинейтрино, в электронные исследуются в настоящее время в эксперименте MiniBooNE, поставленном по условиям эксперимента LSND. Предварительные результаты эксперимента могут указывать на разницу в осцилляциях нейтрино и антинейтрино[9][10][11].

См. также

Примечания

  1. ↑ Б. Понтекорво. Мезоний и антимезоний. Журнал экспериментальной и теоретической физики, Т.33, C.549—551 (1957)
  2. ↑ «За теорию — Ленинская, за эксперимент — Нобелевская Архивная копия от 6 октября 2015 на Wayback Machine // Газета.Ru
  3. ↑ Элементы - новости науки: Нобелевская премия по физике — 2015. Дата обращения: 9 октября 2015. Архивировано 11 октября 2015 года.
  4. ↑ Алексей Понятов. «Оборотни» микромира // Наука и жизнь. — 2015. — № 11. — С. 12—17. Архивировано 28 июля 2017 года.
  5. ↑ L, Mikaelyan and; V, Sinev (2000). "Neutrino oscillations at reactors: What is next?". Physics of Atomic Nuclei. 63 (6): 1002. arXiv:hep-ex/9908047. Bibcode:2000PAN....63.1002M. doi:10.1134/1.855739. S2CID 15221390.
  6. ↑ KamLAND — Япония, 200 км от излучателя (реактора) до детектора
  7. ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 13 февраля 2014. Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 года.
  8. ↑ Сайт эксперимента K2K — Long Baseline neutrino oscillation experiment, from KEK to Kamioka. Дата обращения: 5 июля 2010. Архивировано 18 февраля 2020 года.
  9. ↑ MiniBooNE results suggest antineutrinos act differently // FremiLab Today, 10.06.2010. Дата обращения: 10 апреля 2011. Архивировано 11 ноября 2010 года.
  10. ↑ A. A. Aguilar-Arevalo et al. (MiniBooNE collaboration). Unexplained Excess of Electron-Like Events From a 1-GeV Neutrino Beam (англ.) // Phys.Rev.Lett.. — 2009. — Vol. 102. — P. 101802. — doi:10.1103/PhysRevLett.102.101802. Архивировано 18 января 2016 года.
  11. ↑ A. A. Aguilar-Arevalo et al. (MiniBooNE collaboration). Event Excess in the MiniBooNE Search for Oscillations (англ.) // Phys.Rev.Lett.. — 2010. — Vol. 105. — P. 181801. — doi:10.1103/PhysRevLett.105.181801. Архивировано 3 февраля 2015 года.

Литература