Эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна. - Mikheyev–Smirnov–Wolfenstein effect

В Эффект Михеева – Смирнова – Вольфенштейна. (часто упоминается как эффект материи) это физика элементарных частиц процесс, который может изменить осцилляции нейтрино в иметь значение. Работает в 1978 и 1979 гг. Американец физик Линкольн Вольфенштейн привело к пониманию того, что колебательные параметры нейтрино изменяются в веществе. В 1985 г. Советский физики Станислав Михеев и Алексей Смирнов предсказал, что медленное уменьшение плотности вещества может резонансно усилить перемешивание нейтрино.^[1] Позже в 1986 году Стивен Парк из Фермилаб, Ганс Бете из Корнелл Университет, и С. Питер Розен и Джеймс Гелб из Лос-Аламосская национальная лаборатория предоставил аналитическую трактовку этого эффекта.

Объяснение

Наличие электроны в этом вопросе меняет уровни энергии распространения собственные состояния (массовые собственные состояния) нейтрино из-за заряженный ток когерентное рассеяние электронных нейтрино вперед (т. е. слабые взаимодействия ). Когерентное рассеяние вперед аналогично электромагнитному процессу, приводящему к показатель 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, но эффективный заряд, с которым связано слабое взаимодействие (называемый слабый изоспин ) 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 электронных концентрациях солнце где рождаются электронные нейтрино. Нейтрино высоких энергий, наблюдаемые, например, в Нейтринная обсерватория Садбери (SNO) и в Супер-Камиоканде, производятся главным образом как собственное состояние с большей массой в веществе ν₂, и остаются такими же при изменении плотности солнечного материала.^[2] Таким образом, нейтрино высокой энергии, покидающие Солнце, находятся в собственном состоянии распространения вакуума ν₂, имеющий пониженное перекрытие с электронным нейтрино ${\displaystyle \nu _{\text{e}}=\nu _{1}\cos \theta +\nu _{2}\sin \theta }$ наблюдаются по реакциям заряженного тока в детекторах.

Экспериментальные доказательства

Для солнечных нейтрино высоких энергий важен эффект МСВ, и можно ожидать, что ${\displaystyle P_{\text{ee}}=\sin ^{2}\theta }$, куда ${\displaystyle \theta }$ это солнечный угол смешивания. Это было убедительно подтверждено в Нейтринной обсерватории Садбери (SNO), которая решила проблема солнечных нейтрино. SNO измерила поток солнечных электронных нейтрино и составил ~ 34% от общего потока нейтрино (поток электронных нейтрино, измеренный с помощью заряженный ток реакции, а полный поток через нейтральный ток реакция). 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». 4 вертикальные полосы указывают значения энергий при котором была измерена вероятность выживания, с помощью из pp, ⁷Быть, бодр, и ⁸B солнечные нейтрино соответственно.

С другой стороны, для солнечных нейтрино малых энергий влияние вещества незначительно, и формализм колебаний в вакууме справедлив. Размер источника (т. Е. Ядра Солнца) значительно больше, чем длина колебания, поэтому, усредняя по коэффициенту колебаний, получаем ${\displaystyle P_{\text{ee}}=1-{\tfrac {1}{2}}\sin ^{2}\left(2\theta \right)}$. За θ = 34 °, что соответствует вероятности выживания п_ее ≈ 60%. Это согласуется с экспериментальными наблюдениями низкоэнергетических солнечных нейтрино Домашний эксперимент (первый эксперимент по раскрытию проблемы солнечных нейтрино), за которым последовали ГАЛЛЕКС, GNO, и МУДРЕЦ (вместе, галлий радиохимические эксперименты), а в последнее время Borexino эксперимент, в котором наблюдались нейтрино от pp (<420 кэВ), ⁷Быть (862 кэВ), pep (1,44 МэВ) и ⁸B (<15 МэВ) отдельно. В измерения Borexino в одиночку проверьте образец MSW; однако все эти эксперименты согласуются друг с другом и предоставляют убедительные доказательства эффекта MSW.

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

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

Эффект MSW может также изменить осцилляции нейтрино на Земле и поиск новых осцилляций и / или лептонности в будущем. Нарушение CP может использовать это свойство.

Смотрите также

• Колебания нейтрино

Рекомендации

Цитаты

1. Чела-Флорес 2011, п. 305.
2. Когда нейтрино проходят через Резонанс МСВ нейтрино имеют максимальную вероятность изменить свое вкус, 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:2003ФТ .... 56с..14С. Дои:10.1063/1.1570758. Архивировано из оригинал на 2007-07-10. Получено 2010-04-24.
• Бройманс, Г. (28 июля 1998 г.). «Колебания нейтрино в веществе: эффект МСВ». Новый предел на ν_μ → ν_τ Колебания. Католический университет Лувена. п. 40. Отсутствует или пусто | url = (помощь)
• Михеев, С. П .; Смирнов, А.Ю. (1985). «Резонансное усиление колебаний в веществе и спектроскопия солнечных нейтрино». Советский журнал ядерной физики. 42 (6): 913–917. Bibcode:1985ЯФиз..42.1441М.
• Вольфенштейн, Л. (1978). «Колебания нейтрино в веществе». Физический обзор D. 17 (9): 2369–2374. Bibcode:1978ПхРвД..17.2369Вт. Дои:10.1103 / PhysRevD.17.2369.
• Вольфенштейн, Л. (1979). «Колебания нейтрино и коллапс звезд». Физический обзор D. 20 (10): 2634–2635. Bibcode:1979ПхРвД..20.2634Вт. Дои:10.1103 / PhysRevD.20.2634.
• Парк, С. Дж. (1986). «Неадиабатический переход уровней в резонансных осцилляциях нейтрино». Письма с физическими проверками. 57 (10): 1275–1278. Bibcode:1986ПхРвЛ..57.1275П. Дои:10.1103 / PhysRevLett.57.1275. PMID  10033402.
• Бете, Х.А. (1986). «Возможное объяснение загадки солнечных нейтрино». Письма с физическими проверками. 56 (12): 1305–1308. Bibcode:1986ПхРвЛ..56.1305Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.56.1305. PMID  10032627.
• Rosen, S.P .; Гелб, Дж. М. (1986). «Усиление колебаний Михеева-Смирнова-Вольфенштейна как возможное решение проблемы солнечных нейтрино». Физический обзор D. 34 (4): 969–979. Bibcode:1986ПхРвД..34..969Р. Дои:10.1103 / PhysRevD.34.969. PMID  9957237.