Oscylacje neutrin

Oscylacje neutrin

Oscylacje neutrin to zjawisko zaproponowane w celu wyjaśnienia problemu neutrin słonecznych, czyli mniejszej liczby neutrin ze Słońca, niż przewidywano. Zjawisko to ma swoje korzenie w mechanice kwantowej, a jego pierwsza koncepcja została przedstawiona przez Bruno Pontecorvo. Ostateczne potwierdzenie oscylacji neutrin stanowi dowód na to, że neutrina mają masę.

Problem neutrin słonecznych

Obserwacje wykazały, że liczba neutrin słonecznych rejestrowanych w detektorach, takich jak Super-Kamiokande, jest trzykrotnie mniejsza od teoretycznych przewidywań. Aby to wyjaśnić, zaproponowano teorię, w której neutrina mogą zmieniać swoje „zapachy” podczas propagacji. Na Ziemi rejestrowane są głównie neutrina elektronowe, co oznacza, że tylko jedna trzecia z trzech rodzajów neutrin jest detekowana jako neutrina elektronowe.

Teoria oscylacji neutrin

Aby oscylacje mogły występować, neutrina muszą mieć masę różną od zera. Przyjmuje się istnienie trzech stanów masowych odpowiadających trzem stanom zapachowym neutrin. Kwantowa teoria pola zakłada, że stany zapachowe i masowe nie muszą się pokrywać. Stany zapachowe oznaczamy jako $|\; nu\_alpha\; rangle$, a stany masowe jako $|nu\_i\; rangle$, co prowadzi do relacji:

$|\; nu\_alpha\; rangle=U\_\{alpha\; i\}|nu\_i\; rangle$

Macierz $U$, znana jako macierz mieszania, określa, jak mocno stany neutrin są zmieszane. Gdyby była jednostkowa, oscylacje nie zachodziłyby. W przypadku danego stanu zapachowego, po translacji w czasie i przestrzeni, otrzymujemy nowy stan będący liniową kombinacją stanów zapachowych, a prawdopodobieństwo detekcji danego zapachu neutrina jest określone przez kwadraty modułów współczynników.

Macierz MNS

Macierz $U$ jest nieformalnie nazywana macierzą MNS (Makiego–Nakagawy–Sakaty) i jest analogiczna do macierzy CKM w sektorze kwarkowym modelu standardowego.