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 Б. М. Понтекорво в 1957 году[1].
Такааки Кадзита и Артур Макдональд получили Нобелевскую премию по физике 2015 года за экспериментальное подтверждение нейтринных осцилляций[2][3].
Наличие нейтринных осцилляций важно для решения проблемы солнечных нейтрино.
Содержание
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 — включении в общий лагранжиан массового члена и PMNS-матрицы смешивания нейтрино.
Вакуумные осцилляции обнаружены для атмосферных, реакторных и ускорительных нейтрино. 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 [4], Daya Bay[5], Double Chooz, RENO);
- ускорительных нейтрино (эксперимент K2K (англ. KEK To Kamioka) наблюдал уменьшение количества мюонных нейтрино после прохождения 250 км в толще вещества[6], эксперимент OPERA обнаружил в 2010 году осцилляции мюонных нейтрино в тау-нейтрино с последующим рождением тау-лептонов);
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[7][8][9].
См. также
- Матрица Понтекорво — Маки — Накагавы — Сакаты
- Список экспериментов в физике нейтрино
- Осцилляции нейтральных каонов
- Осцилляции B-мезонов
Напишите отзыв о статье "Нейтринные осцилляции"
Примечания
- ↑ Б. Понтекорво. Мезоний и антимезоний. Журнал экспериментальной и теоретической физики, Т.33, C.549—551 (1957)
- ↑ [www.gazeta.ru/science/2015/10/06_a_7797449.shtml «За теорию — Ленинская, за эксперимент — Нобелевская] // Газета.Ru
- ↑ [elementy.ru/novosti_nauki/432589/Nobelevskaya_premiya_po_fizike_2015 Элементы - новости науки: Нобелевская премия по физике — 2015]
- ↑ KamLAND — Япония, 200 км от излучателя (реактора) до детектора
- ↑ neutrino.physics.wisc.edu/dayabay/2012-03-08-oscPRL/DYB_EWNP_v5.pdf
- ↑ [neutrino.kek.jp/intro/k2k.html Сайт эксперимента K2K — Long Baseline neutrino oscillation experiment, from KEK to Kamioka.]
- ↑ [www.fnal.gov/pub/today/archive_2010/today10-06-18_readmore.html MiniBooNE results suggest antineutrinos act differently // FremiLab Today, 10.06.2010]
- ↑ A. A. Aguilar-Arevalo et al. (MiniBooNE collaboration) [arxiv.org/abs/0812.2243 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.
- ↑ A. A. Aguilar-Arevalo et al. (MiniBooNE collaboration) [arxiv.org/abs/1007.1150 Event Excess in the MiniBooNE Search for <math>\bar \nu_\mu\rightarrow \bar \nu_e</math> Oscillations] (англ.) // Phys.Rev.Lett.. — 2010. — Vol. 105. — P. 181801. — DOI:10.1103/PhysRevLett.105.181801.
Литература
- [nuclphys.sinp.msu.ru/neutrino/ Материалы по физике нейтрино на сайт НИИЯФ МГУ]
- С. М. Биленький [ufn.ru/ru/articles/2003/11/b/ Массы, смешивание и осцилляции нейтрино] // УФН. — 2003. — Т. 173. — С. 1171—1186. — DOI:10.3367/UFNr.0173.200311b.1171.
- Ю. Г. Куденко [ufn.ru/ru/articles/2011/6/a/ Исследование нейтринных осцилляций в ускорительных экспериментах с длинной базой] // УФН. — 2011. — Т. 181. — С. 569–594. — DOI:10.3367/UFNr.0181.201106a.0569.
- Ю. Г. Куденко [ufn.ru/ru/articles/2013/11/d/ Наблюдение осцилляций мюонных нейтрино в электронные нейтрино в эксперименте Т2К] // УФН. — 2013. — Т. 183. — С. 1225–1230. — DOI:10.3367/UFNr.0183.201311d.1225.
- Юрий Куденко. [elementy.ru/lib/431412 Обнаружение нового типа осцилляций нейтрино]. elementy.ru, «Троицкий вариант» №13(82) (5 июля 2011 года). Проверено 18 января 2013.
- G. Bellini, L. Ludhova, G. Ranucci, F.L. Villante Neutrino oscillations (англ.). — 2013. — arXiv:1310.7858.
Отрывок, характеризующий Нейтринные осцилляции
Долохов усмехнулся.– Ты лучше не беспокойся. Мне что нужно, я просить не стану, сам возьму.
– Да что ж, я так…
– Ну, и я так.
– Прощай.
– Будь здоров…
… и высоко, и далеко,
На родиму сторону…
Жерков тронул шпорами лошадь, которая раза три, горячась, перебила ногами, не зная, с какой начать, справилась и поскакала, обгоняя роту и догоняя коляску, тоже в такт песни.
Возвратившись со смотра, Кутузов, сопутствуемый австрийским генералом, прошел в свой кабинет и, кликнув адъютанта, приказал подать себе некоторые бумаги, относившиеся до состояния приходивших войск, и письма, полученные от эрцгерцога Фердинанда, начальствовавшего передовою армией. Князь Андрей Болконский с требуемыми бумагами вошел в кабинет главнокомандующего. Перед разложенным на столе планом сидели Кутузов и австрийский член гофкригсрата.
– А… – сказал Кутузов, оглядываясь на Болконского, как будто этим словом приглашая адъютанта подождать, и продолжал по французски начатый разговор.
– Я только говорю одно, генерал, – говорил Кутузов с приятным изяществом выражений и интонации, заставлявшим вслушиваться в каждое неторопливо сказанное слово. Видно было, что Кутузов и сам с удовольствием слушал себя. – Я только одно говорю, генерал, что ежели бы дело зависело от моего личного желания, то воля его величества императора Франца давно была бы исполнена. Я давно уже присоединился бы к эрцгерцогу. И верьте моей чести, что для меня лично передать высшее начальство армией более меня сведущему и искусному генералу, какими так обильна Австрия, и сложить с себя всю эту тяжкую ответственность для меня лично было бы отрадой. Но обстоятельства бывают сильнее нас, генерал.
И Кутузов улыбнулся с таким выражением, как будто он говорил: «Вы имеете полное право не верить мне, и даже мне совершенно всё равно, верите ли вы мне или нет, но вы не имеете повода сказать мне это. И в этом то всё дело».
Австрийский генерал имел недовольный вид, но не мог не в том же тоне отвечать Кутузову.
– Напротив, – сказал он ворчливым и сердитым тоном, так противоречившим лестному значению произносимых слов, – напротив, участие вашего превосходительства в общем деле высоко ценится его величеством; но мы полагаем, что настоящее замедление лишает славные русские войска и их главнокомандующих тех лавров, которые они привыкли пожинать в битвах, – закончил он видимо приготовленную фразу.
Кутузов поклонился, не изменяя улыбки.
– А я так убежден и, основываясь на последнем письме, которым почтил меня его высочество эрцгерцог Фердинанд, предполагаю, что австрийские войска, под начальством столь искусного помощника, каков генерал Мак, теперь уже одержали решительную победу и не нуждаются более в нашей помощи, – сказал Кутузов.
Генерал нахмурился. Хотя и не было положительных известий о поражении австрийцев, но было слишком много обстоятельств, подтверждавших общие невыгодные слухи; и потому предположение Кутузова о победе австрийцев было весьма похоже на насмешку. Но Кутузов кротко улыбался, всё с тем же выражением, которое говорило, что он имеет право предполагать это. Действительно, последнее письмо, полученное им из армии Мака, извещало его о победе и о самом выгодном стратегическом положении армии.
– Дай ка сюда это письмо, – сказал Кутузов, обращаясь к князю Андрею. – Вот изволите видеть. – И Кутузов, с насмешливою улыбкой на концах губ, прочел по немецки австрийскому генералу следующее место из письма эрцгерцога Фердинанда: «Wir haben vollkommen zusammengehaltene Krafte, nahe an 70 000 Mann, um den Feind, wenn er den Lech passirte, angreifen und schlagen zu konnen. Wir konnen, da wir Meister von Ulm sind, den Vortheil, auch von beiden Uferien der Donau Meister zu bleiben, nicht verlieren; mithin auch jeden Augenblick, wenn der Feind den Lech nicht passirte, die Donau ubersetzen, uns auf seine Communikations Linie werfen, die Donau unterhalb repassiren und dem Feinde, wenn er sich gegen unsere treue Allirte mit ganzer Macht wenden wollte, seine Absicht alabald vereitelien. Wir werden auf solche Weise den Zeitpunkt, wo die Kaiserlich Ruseische Armee ausgerustet sein wird, muthig entgegenharren, und sodann leicht gemeinschaftlich die Moglichkeit finden, dem Feinde das Schicksal zuzubereiten, so er verdient». [Мы имеем вполне сосредоточенные силы, около 70 000 человек, так что мы можем атаковать и разбить неприятеля в случае переправы его через Лех. Так как мы уже владеем Ульмом, то мы можем удерживать за собою выгоду командования обоими берегами Дуная, стало быть, ежеминутно, в случае если неприятель не перейдет через Лех, переправиться через Дунай, броситься на его коммуникационную линию, ниже перейти обратно Дунай и неприятелю, если он вздумает обратить всю свою силу на наших верных союзников, не дать исполнить его намерение. Таким образом мы будем бодро ожидать времени, когда императорская российская армия совсем изготовится, и затем вместе легко найдем возможность уготовить неприятелю участь, коей он заслуживает».]
Кутузов тяжело вздохнул, окончив этот период, и внимательно и ласково посмотрел на члена гофкригсрата.
– Но вы знаете, ваше превосходительство, мудрое правило, предписывающее предполагать худшее, – сказал австрийский генерал, видимо желая покончить с шутками и приступить к делу.
Он невольно оглянулся на адъютанта.
– Извините, генерал, – перебил его Кутузов и тоже поворотился к князю Андрею. – Вот что, мой любезный, возьми ты все донесения от наших лазутчиков у Козловского. Вот два письма от графа Ностица, вот письмо от его высочества эрцгерцога Фердинанда, вот еще, – сказал он, подавая ему несколько бумаг. – И из всего этого чистенько, на французском языке, составь mеmorandum, записочку, для видимости всех тех известий, которые мы о действиях австрийской армии имели. Ну, так то, и представь его превосходительству.
Князь Андрей наклонил голову в знак того, что понял с первых слов не только то, что было сказано, но и то, что желал бы сказать ему Кутузов. Он собрал бумаги, и, отдав общий поклон, тихо шагая по ковру, вышел в приемную.
