Neutrino versus Anti-Neutrino-Erkennung

Einige Nachweismethoden erkennen nur Neutrinos, im Gegensatz zu Antineutrinos. Beispielsweise funktionierte das ursprüngliche Solar-Neutrino-Experiment in der Homestake-Mine auf der Grundlage der Reaktion

Andere Experimente können Neutrinos über mehrere Kanäle nachweisen, von denen einige (z. B. elastische Streuung an einem Elektron) für beide empfindlich sind$\nu,\overline\nu$und einige von denen erkennen nur einen.

Einige weitere Neutrino-Antineutrino-spezifische Reaktionen:

$\nu_e n \to p^+ e^-$

$\overline\nu_e p^+ \to n e^+$

$\nu_\mu n \to p^+ \mu^-$

$\overline\nu_\mu p^+ \to n \mu^+$

Am einfachsten ist es, sich die Ladung des Leptons im Endzustand anzusehen, zumindest bei einer geladenen Stromwechselwirkung (Austausch eines W). Leptonen mit negativer Ladung resultieren aus Neutrino-Wechselwirkungen, und Leptonen mit positivem Vorzeichen resultieren aus Antineutrino-Wechselwirkungen. Dies liegt daran, dass die Leptonenzahl erhalten bleibt. Zumindest scheint es so zu sein; Es gibt einige Feinheiten im Zusammenhang mit der Paritätsverletzung in den schwachen Wechselwirkungen, die tatsächlich maskieren, ob die Erhaltung der Leptonzahl real ist oder nicht. Aber für alle aktuellen praktischen Zwecke sagt Ihnen das Endzustands-Lepton-Zeichen, was Sie wissen müssen.

Ja, wie @voix in seiner Teilliste zeigt, gehen Neutrinos entweder zu$e^-$oder$\mu^-$(oder$\tau^-$) und Antineutrinos gehen zu den postiv korrespondierenden Teilchen (Erhaltung der Leptonzahl).

Bei Streuexperimenten können je nach Energie des Strahls auch beliebig viele Hadronen entstehen. Aufgrund schwacher Wechselwirkungen müssen Neutrinostrahlen Billionen von Neutrinos/Antineutrinos auf den Detektor treffen, um eine vernünftige Anzahl von Neutrino/Antineutrino-Wechselwirkungen zu sehen das Ende des Experiments. Strahlen sind konstruktionsbedingt sowieso von einer Art von Neutrinos, also ist es eine Konsistenzprüfung. Experimente können Neutrinos oder Antineutrinos je nach Ladung des ausgehenden Leptons Wechselwirkungen zuordnen. Die Ladungen der Leptonen ergeben sich aus der Krümmung der Bahnen im Magnetfeld des Versuchsaufbaus.

Ob bei einer Wechselwirkung ein Neutrino oder Antineutrino entsteht , kann man nur an der fehlenden Energie erkennen, da Neutrinos/Antineutrinos sehr schwach wechselwirken und im Apparat nicht nachgewiesen werden können. Bei Ereignissen, bei denen alle geladenen Spuren gemessen wurden, kann man auch die fehlende Masse abschätzen, und ein Neutrino/Antineutrino wird durch Anpassung an eine Hypothese zugeordnet, wenn die fehlende Masse klein ist.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal zwischen den beiden ist die sogenannte Glashow-Resonanz . Der Prozess tritt auf, wenn eine hohe Energie ($E\sim6.3$PeV) Antielektron-Neutrino trifft im Experiment auf ein ruhendes Elektron und erzeugt eine On-Shell$W^-$Boson. Da die Erde (und so ziemlich alles, was wir wissen) nur aus Materie und nicht aus Antimaterie besteht, sollte dieser Vorgang nur mit Antineutrinos ablaufen.

Der experimentelle Status davon ist, dass sie nicht gesehen wurden, aber sie hätten es wahrscheinlich sein sollen. IceCube am Südpol hat Neutrinos mit Energien bis zu gesehen$\sim2$PeV. Während das Spektrum sicherlich mit Energie fällt, ist das Neutrino$+$Materiequerschnitt steigt bei der Glashow-Resonanz deutlich an, allerdings nur für$\bar\nu_e$. Aktuell herrscht in diesem Ergebnis etwas Spannung. Es ist möglich, dass hochenergetische Neutrinos aus irgendeinem Grund Antielektronen-Neutrinos benachteiligen (es gibt mehrere Prozesse, die zu diesem Ergebnis führen, aber sie scheinen mir nicht so gut motiviert zu sein). Alternativ könnte es sein, dass einfach keine Neutrinos vergangen sind$E_{\rm cut}$für einen gewissen Wert$2\lesssim(E_{\rm cut}/1{\rm\,PeV})\lesssim6.3$(Mitarbeiter von mir haben an Beschreibungen gearbeitet, die beides beinhalten, und ich habe an letzterem gearbeitet). Natürlich sind beide nicht gut motiviert und die wahrscheinlichste Antwort ist entweder eine Kombination aus einer Abwärtsbewegung an der Resonanz und einer Aufwärtsbewegung darunter, oder dass IceCube einige Systematik ihres Experiments übersehen hat.