Oszillieren solare Neutrinos tatsächlich zwischen Elektron, Mu und Tau?

Ich habe mich über die Geschichte des solaren Neutrinoproblems informiert, und soweit ich es verstehen kann, oszillieren Neutrinos angeblich von einer Form zur anderen, was erklärt, warum nur ein Drittel der Anzahl von Neutrinos entdeckt wurde, als erwartet wurde, wann Sie begannen in den 1960er Jahren mit Neutrinobeobachtungen.

Der Wikipedia-Artikel zum Thema endet mit dieser Aussage:

Der überzeugende Beweis für die solare Neutrino-Oszillation kam 2001 vom Sudbury Neutrino Observatory (SNO) in Kanada. Es detektierte alle Arten von Neutrinos, die von der Sonne kamen, und war in der Lage, zwischen Elektron-Neutrinos und den anderen beiden Aromen zu unterscheiden (aber konnte die Myon- und Tau-Flavours nicht unterscheiden), indem es ausschließlich schweres Wasser als Nachweismedium verwendete. Nach umfangreichen statistischen Analysen wurde festgestellt, dass etwa 35 % der ankommenden solaren Neutrinos Elektron-Neutrinos sind, die anderen Myon- oder Tau-Neutrinos. Die Gesamtzahl der nachgewiesenen Neutrinos stimmt recht gut mit früheren Vorhersagen aus der Kernphysik überein, die auf den Fusionsreaktionen im Inneren der Sonne beruhen.

Aber soweit ich sehen kann, scheint nichts davon oder irgendetwas anderes, was ich gelesen habe, einen Beweis dafür zu liefern, dass solare Neutrinos ihren Typ auf dem Weg zur Erde ändern. Es scheint, dass die Sonne nur etwa 1/3 von jeder der drei Arten ausstrahlt.

Oder werden bei der Temperatur des Sonnenkerns nur Elektron-Neutrinos emittiert, die dann (zufällig?) von dieser Art zu den anderen und wieder zurück oszillieren? Ich würde mich über ein wenig Klarheit in dieser Hinsicht freuen.

Antworten (2)

Die Sache, die es zu verstehen gilt, ist, wie wir Neutrinos überhaupt nach Geschmack markieren.

Neutrinos werden in Reaktionen erzeugt und zerstört, an denen auch ein geladenes Lepton (Elektron, Myon oder Tau) beteiligt ist. Auf Scheitelpunktebene sind dies

W ± → l ± + v l
und verschiedene Drehungen. Der Geschmack eines Neutrinos wird als mit dem des erzeugten geladenen Leptons übereinstimmend definiert. (Habe ich vernachlässigt Z → v + v ¯ Reaktionen hier, aber diese sind bei den im Kern der Sonne verfügbaren Energien weit von der Schale entfernt, also tragen sie nicht bei.)

Die Reaktionen in der Sonne sind Fusionsreaktionen, die nicht genug überschüssige Energie haben, um ein schweres Lepton zu erzeugen, also müssen die Neutrinos (per Definition) vom Elektronentyp sein.

Diese Regel für Neutrino-Flavours kann am Beschleuniger getestet werden, wo wir Strahlen mit bekanntem Neutrino-Gehalt erzeugen können (weil wir die Anzahl und Art der Hadronen zählen können, die zu geladenen Leptonen zerfallen), und wenn der Strahl auf einen sehr nahe gelegenen Detektor gerichtet wird Die Anzahl der geladenen Neutrino-Wechselwirkungen jedes Flavors, die wir entdecken, stimmt mit dem Flavor-Gehalt des Strahls überein.

Aber es gibt noch mehr, wir können das Energiespektrum der solaren Neutrinos vorhersagen, wenn wir davon ausgehen, dass sie vom Elektronentyp sind, und das ist das Spektrum, das wir detektieren. Durch die Erhaltung der Energie würden Neutrinos, die zusammen mit schweren Leptonen (dh anderen Aromen) erzeugt wurden, ein anderes Energiespektrum haben.

Nun, die Beweise dafür, dass das von uns verwendete theoretische Oszillationsgerüst korrekt ist, sind ziemlich unterschiedlich, aber einige der allerbesten „Ein-Plot“-Beweise stammen von KamLAND, wo wir den Fluss von elektronenartigen Anti-Neutrinos aus japanischen Leistungsreaktoren als a darstellen Funktion der beobachteten Energie und vergleiche sie mit der erwarteten Sünde ⁡ ( L E ) Verhalten (entsprechend verschachtelt, um die vielen unterschiedlichen Entfernungen zu Reaktoren zu berücksichtigen). Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein(Bild von http://kamland.lbl.gov/ ).

Vollständige Offenlegung: Ich war ungefähr 4 Jahre lang Mitglied der KamLAND-Kollaboration und werde auf dem Papier, aus dem diese Zahl stammt, als Autor genannt.

Dies ist eine faszinierende Antwort, aber sie sagt nichts über Schwingungen aus (es sei denn, dies ist implizit der Fall und ich habe sie verpasst).
Es sagt zwei Dinge über die Oszillation aus. (1) Es besagt, dass es nicht so ist , dass die Sonne eine Geschmacksmischung erzeugt. (2) Es trifft zu, dass unser theoretischer Rahmen für Oszillationen durch Experimente gut demonstriert wird.
OK, das habe ich in den ersten drei Lesungen Ihrer Antwort verpasst. Danke für die ganzen Details und das Diagramm.

http://en.wikipedia.org/wiki/CERN_Neutrinos_to_Gran_Sasso Die Oszillation des Neutrino-Geschmacks wird durch den Durchgang durch Materie erleichtert. Sie reisen mit Lichtgeschwindigkeit, aber nicht schneller.

Die Fusion des Solarkerns emittiert zwei Elektronen-Neutrinos/Helium-Emissionen. Sie mischen Aromen während des Durchgangs an die Oberfläche, reisen durch unsere Atmosphäre (ein Meter Blei auf Meereshöhe, Masse/Fläche) und durch Gestein. Das Fehlen eines beobachteten neutrinolosen doppelten Beta-Zerfalls bestätigt, dass Neutrinos und Anti-Neutrinos unterschiedliche Dirac-Fermionen und keine identischen Majorana-Fermionen sind.

Hier ist ein Poser: Ist ein Elektron-Neutrino ein Elektron ohne seine Ladung?

An Ihren Poser: Das ist eine gute Frage, und es scheint wahrscheinlich. Der von Ihnen zitierte WP-Artikel ist aufschlussreich. Ich frage mich, warum Neutrinos als Reaktion auf den Durchgang durch Materie oszillieren würden, wenn angeblich die einzige Wechselwirkung, die sie erfahren können, darin besteht, Materie direkt zu rammen - da sie ladungslos sind, wie könnten sie sonst überhaupt interagieren? Und was stoppt ein Neutrino? Nur Hadronen?
@Cyberherbalist Neutrino schwingt auch im Vakuum, obwohl die Aromen im Solarfall vollständig gemischt sind, wenn sie die Sonne verlassen. Der Materieeffekt ist nur auf die kohärente Vorwärtsstreuung des Elektronengeschmacks zurückzuführen (es lohnt sich zu lesen , physical.stackexchange.com/questions/89804/… ), was dem Hamiltonian einen zusätzlichen Begriff hinzufügt.
Das Elektron-Neutrino hat eine andere Masse als das Elektron, es ist also nicht nur ein Elektron ohne Ladung. Auch Neutrinos haben immer linkshändige Chiralität, was bei den Elektronen nicht der Fall ist. Und außerdem - Elektronen und Elektroneutrien haben unterschiedlich schwache Isospins. Sie sind also unterschiedliche Teilchen mit unterschiedlichen Eigenschaften.
@Onkel Al: Haben Sie einen Link zu einem Artikel, in dem die Widerlegung von Neutrinos als Majorana-Fermionen diskutiert wird?
@mpv An dieser Stelle ist es verfrüht zu behaupten, dass bewiesen wurde, dass Neutrinos Dirac-Natur haben, aber einige vorläufige Daten scheinen Majorana-Natur in einem theoretisch bevorzugten Massenbereich auszuschließen. Siehe arxiv.org/abs/1305.0056 . Aber vergleichen Sie mit arxiv.org/abs/1108.4193 .
Oszillieren solare Neutrinos tatsächlich zwischen Elektron, Mu und Tau?
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