Эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна

редактировать

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

Содержание

1 Объяснение
2 Экспериментальные данные
3 См. Также
4 Ссылки

Объяснение

Присутствие электронов в веществе изменяет уровни энергии распространения собственных состояний (массовых собственных состояний) нейтрино из-за заряженного тока когерентного рассеяния электронных нейтрино вперед (т.е. слабые взаимодействия ). Когерентное рассеяние вперед аналогично электромагнитному процессу, приводящему к показателю преломления света 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 самая, но эффективный заряд, с которым связывается слабое взаимодействие (так называемый слабый изоспин ), имеет противоположный знак. Если электронная плотность вещества изменяется на пути нейтрино, смешивание 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 образуются 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 материи ν 2, и остаются такими же при изменении плотности солнечного материала. Таким образом, нейтрино высокой энергии, покидающие Солнце, находятся в собственном состоянии распространения вакуума, ν 2, которое имеет уменьшенное перекрытие с электронным нейтрино $ν e = ν 1 cos ⁡ θ + ν 2 sin ⁡ θ {\ displaystyle \ nu _ {\ text {e}} = \ nu _ {1} \ cos \ theta + \ nu _ {2} \ sin \ theta}$ ${\ displaystyle \ nu _ {\ text {e}} = \ nu _ {1} \ cos \ theta + \ nu _ {2} \ sin \ theta}$ видно по реакциям заряженного тока в детекторы.

Экспериментальные данные

Для высокоэнергетических солнечных нейтрино важен эффект МСВ, и можно ожидать, что $P ee = sin 2 ⁡ θ {\ displaystyle P _ {\ text { ee}} = \ sin ^ {2} \ theta}$ ${\ displaystyle P _ {\ text {ee}} = \ sin ^ {2} \ theta}$ , где $θ {\ displaystyle \ theta}$ $\ theta$ - солнечный угол смешивания. 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 с помощью реакции заряженного тока, и общий поток с помощью нейтрального тока реакция). Результаты SNO полностью соответствуют ожиданиям. Ранее Камиоканде и Супер-Камиоканде измеряли смесь реакций заряженного и нейтрального тока, которые также подтверждают возникновение эффекта MSW с аналогичным подавлением, но с меньшей уверенностью.

Вероятность выживания солнечных нейтрино в соответствии с теорией МСВ. Сплошная линия предназначена для нейтрино, которые регистрируются днем, пунктирная линия - для нейтрино, которые обнаруживаются ночью и проходят через Землю, испытывая «регенерацию». Четыре вертикальные полосы показывают значения энергий, при которых была измерена вероятность выживания с помощью солнечных нейтрино pp, Be, pep и B соответственно.

Для солнечных нейтрино низкой энергии, с другой стороны, влияние материи незначительно, и формализм колебаний в вакууме верен. Размер источника (т. Е. Ядра Солнца) значительно больше, чем длина колебания, поэтому, усредняя по коэффициенту колебаний, получаем $P ee = 1 - 1 2 sin 2 ⁡ (2 θ) {\ displaystyle P_ {\ text {ee}} = 1 - {\ tfrac {1} {2}} \ sin ^ {2} \ left (2 \ theta \ right)}$ ${\ displaystyle P _ {\ text {ee}} = 1- { \ tfrac {1} {2}} \ sin ^ {2} \ left (2 \ theta \ right)}$ . Для θ = 34 ° это соответствует вероятности выживания P ee ≈ 60%. Это согласуется с экспериментальными наблюдениями низкоэнергетических солнечных нейтрино с помощью эксперимента Homestake (первый эксперимент, раскрывающего проблему солнечных нейтрино), за которым следуют GALLEX, GNO и SAGE (в совокупности галлий радиохимические эксперименты) и, совсем недавно, эксперимент Borexino, в котором наблюдались нейтрино из pp (< 420 keV), Be (862 кэВ), pep (1,44 МэВ) и B (< 15 MeV) separately. The только измерения Borexino подтверждают картину МСВ; однако все эти эксперименты согласуются друг с другом и предоставляют нам убедительные доказательства эффекта МСВ.

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

Переход между низкоэнергетический режим (эффект МСВ незначителен) и высокоэнергетический режим (вероятность колебаний определяется эффектами вещества) лежит в области около ut 2 МэВ для солнечных нейтрино.

Эффект МСВ может также изменять нейтринные осцилляции в Земле, и будущий поиск новых осцилляций и / или лептонных CP-нарушений может использовать это свойство.

См. Также

Осцилляции нейтрино

Литература

Цитаты

Библиография