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 3946 дней]}. 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

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

Осцилляции наблюдались для:

солнечных нейтрино (хлор-аргонный эксперимент Дэвиса, галлий-германиевые эксперименты SAGE, GALLEX/GNO, водно-черенковские эксперименты Kamiokande и SNO), сцинтилляционный эксперимент BOREXINO;
атмосферных нейтрино (Kamiokande, IMB), возникающих при взаимодействии космических лучей с ядрами атомов атмосферных газов в атмосфере;
реакторных антинейтрино (сцинтилляционный эксперимент KamLAND ^[6], Daya Bay^[7], Double Chooz, RENO);
ускорительных нейтрино (эксперимент K2K (англ. KEK To Kamioka) наблюдал уменьшение количества мюонных нейтрино после прохождения 250 км в толще вещества^[8], эксперимент OPERA обнаружил в 2010 году осцилляции мюонных нейтрино в тау-нейтрино с последующим рождением тау-лептонов, T2K (англ. Tokai to Kamioka), MINOS);

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

↑ Б. Понтекорво. Мезоний и антимезоний. Журнал экспериментальной и теоретической физики, Т.33, C.549—551 (1957)
↑ «За теорию — Ленинская, за эксперимент — Нобелевская Архивная копия от 6 октября 2015 на Wayback Machine // Газета.Ru
↑ Элементы - новости науки: Нобелевская премия по физике — 2015 (неопр.). Дата обращения: 9 октября 2015. Архивировано 11 октября 2015 года.
↑ Алексей Понятов. «Оборотни» микромира (рус.) // Наука и жизнь. — 2015. — № 11. — С. 12—17. Архивировано 28 июля 2017 года.
↑ 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.
↑ KamLAND — Япония, 200 км от излучателя (реактора) до детектора
↑ Архивированная копия (неопр.). Дата обращения: 13 февраля 2014. Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 года.
↑ Сайт эксперимента K2K — Long Baseline neutrino oscillation experiment, from KEK to Kamioka. (неопр.) Дата обращения: 5 июля 2010. Архивировано 18 февраля 2020 года.
↑ MiniBooNE results suggest antineutrinos act differently // FremiLab Today, 10.06.2010 (неопр.). Дата обращения: 10 апреля 2011. Архивировано 11 ноября 2010 года.
↑ 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.
↑ A. A. Aguilar-Arevalo et al. (MiniBooNE collaboration). Event Excess in the MiniBooNE Search for ${\bar {\nu }}_{\mu }\rightarrow {\bar {\nu }}_{e}$ Oscillations (англ.) // Phys.Rev.Lett.. — 2010. — Vol. 105. — P. 181801. — doi:10.1103/PhysRevLett.105.181801. Архивировано 3 февраля 2015 года.

Литература

Материалы по физике нейтрино на сайт НИИЯФ МГУ
Биленький С. М. Массы, смешивание и осцилляции нейтрино (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2003. — Т. 173, вып. 11. — С. 1171—1186. — doi:10.3367/UFNr.0173.200311b.1171.
Герштейн С. С., Кузнецов Е. П., Рябов В. А. Природа массы нейтрино и нейтринные осцилляции (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1997. — Т. 167, вып. 8. — С. 811-848. — doi:10.3367/UFNr.0167.199708b.0811.
Куденко Ю. Г. Исследование нейтринных осцилляций в ускорительных экспериментах с длинной базой (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2011. — Т. 181, вып. 6. — С. 569—594. — doi:10.3367/UFNr.0181.201106a.0569.
Куденко Ю. Г. Наблюдение осцилляций мюонных нейтрино в электронные нейтрино в эксперименте Т2К (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2013. — Т. 183, вып. 11. — С. 1225—1230. — doi:10.3367/UFNr.0183.201311d.1225.
Юрий Куденко. Обнаружение нового типа осцилляций нейтрино (неопр.). elementy.ru, «Троицкий вариант» №13(82) (5 июля 2011). Дата обращения: 18 января 2013.
- Куденко Ю. Г. Осцилляции нейтрино: последние результаты и ближайшие перспективы (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2018. — Т. 188, вып. 8. — С. 821–830. — doi:10.3367/UFNr.2017.12.038271.
Цукерман И. С. Осцилляции нейтрино и СРТ (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2005. — Т. 175, вып. 8. — С. 863–879. — doi:10.3367/UFNr.0175.200508e.0863.
Bellini G., Ludhova L., Ranucci G., Villante F. L. Neutrino oscillations (англ.). — 2013. — arXiv:1310.7858.

[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 (неопр.). Дата обращения: 9 октября 2015. Архивировано 11 октября 2015 года.

[4] Алексей Понятов. «Оборотни» микромира (рус.) // Наука и жизнь. — 2015. — № 11. — С. 12—17. Архивировано 28 июля 2017 года.

[MikSin2000-5] 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 (неопр.). 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. (неопр.) Дата обращения: 5 июля 2010. Архивировано 18 февраля 2020 года.

[9] MiniBooNE results suggest antineutrinos act differently // FremiLab Today, 10.06.2010 (неопр.). 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 ${\bar {\nu }}_{\mu }\rightarrow {\bar {\nu }}_{e}$ Oscillations (англ.) // Phys.Rev.Lett.. — 2010. — Vol. 105. — P. 181801. — doi:10.1103/PhysRevLett.105.181801. Архивировано 3 февраля 2015 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

Физика за пределами Стандартной модели
Свидетельства	Проблема калибровочной иерархии Проблема иерархии фермионных масс Тёмная материя Тёмная энергия Аномальный магнитный момент мюона Асимметрия материи и антиматерии Проблема космологической постоянной Сильная CP-проблема Нейтринные осцилляции
Теории	Техницвет Пятая сила Теория Калуцы — Клейна Теории Великого объединения Теория всего Теория струн
Суперсимметрия	MSSM^[англ.] NMSSM^[англ.] Теория суперструн Супергравитация
Квантовая гравитация	Теория струн Петлевая квантовая гравитация Причинная динамическая триангуляция Каноническая квантовая гравитация
Эксперименты	ANNIE^[англ.] Национальная лаборатория Гран-Сассо INO БАК SNO Super-K Тэватрон KATRIN Muon g-2 NOvA