Oscylacje neutrin

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

W tym artykule obowiązuje konwencja sumacyjna.

Oscylacje neutrin – zjawisko zaproponowane, aby wyjaśnić zbyt małą liczbę neutrin pochodzących ze Słońca obserwowanych na Ziemi.

Liczba neutrin słonecznych obserwowanych w detektorach neutrin, takich jak Super-Kamiokande jest trzy razy mniejsza od oczekiwanej wartości wyliczonej teoretycznie. Aby to wyjaśnić, zaproponowano teorię, zgodnie z którą każdy typ neutrina przechodzi cyklicznie w pozostałe typy. W ziemskich detektorach rejestrowane są tylko neutrina elektronowe, zatem ich liczba obserwowana na Ziemi będzie rzeczywiście trzy razy mniejsza, gdyż istnieją trzy rodzaje neutrin i statystycznie tylko jedna trzecia z nich będzie neutrinami elektronowymi.

Aby takie zjawisko mogło zachodzić, neutrina muszą mieć masę. Ponieważ istnieją trzy stany generacyjne neutrin, należy przyjąć, że istnieją także trzy stany masowe, odpowiadające masom neutrin. Mechanika kwantowa dopuszcza, żeby stany generacyjne nie pokrywały się dokładnie ze stanami masowymi. Oznaczmy przez $M e, M μ, M τ$ stany masowe a przez $G e, G μ, G τ$ stany generacyjne. Zachodzi wówczas:

$G_e = D^{ee} M_e + D^{e\mu} M_\mu + D^{e\tau} M_\tau \,$

$G_\mu = D^{\mu e} M_e + D^{\mu \mu} M_\mu + D^{\mu \tau} M_\tau \,$

$G_\tau = D^{\tau e} M_e + D^{\tau \mu} M_\mu + D^{\tau \tau} M_\tau \,$

Albo w zapisie macierzowym (uwaga na konwencję sumacyjną!):

$G_\alpha = D^{\alpha \beta} M_\beta \,$

Macierz $D$ jest nazywana macierzą mieszania, gdyż określa ona, jak mocno "zmieszane" są stany neutrin (gdyby była macierzą jednostkową, stany nie byłyby zmieszane i nie byłoby oscylacji). Biorąc pewien stan generacyjny, np. neutrina elektronowego i przesuwając go w czasie zauważymy, że z biegiem czasu w naszym stanie jest coraz mniej neutrina elektronowego. Wkrótce przekształci się ono w neutrino mionowe, później w taonowe, aż wreszcie wróci do punktu wyjścia. Oczywiście kolejność przemian może być różna. Interpretując fakt oscylacji probablistycznie stwierdzimy, że po pewnym czasie większe jest prawdopodobieństwo, że nasze neutrino jest w rzeczywiśtości neutrinem mionowym a nie elektronowym. Wartości składowych macierzy mieszania nie mają obecnie żadnego wytłumaczenia teoretycznego. Nie znamy nawet jej liczbowej wartości (poza faktem, że nie jest macierzą jednostkową), ponieważ nie potrafimy skutecznie mierzyć ilości neutrin.

Macierz $D$ nazywa się nieformalnie macierzą MNS (Makiego–Nakagawy–Sakaty). Jest ona analogiczna do macierzy CKM z oddziaływań silnych, a być może nawet jest jej równa.

Fakt zaobserwowania oscylacji neutrin był ostatecznym dowodem na to, że neutrina mają masę.

Zjawisko oscylacji cząstek jest typowe dla mechaniki kwantowej. Podobnemu procesowi podlega np. mezon K.

Zobacz też:

Źródło: "http://pl.wikipedia.org../../../o/s/c/Oscylacje_neutrin.html"

Kategorie: Mechanika kwantowa • Astrofizyka