Solares Neutrino-Problem im Jahr 1968 und experimentelle Überprüfung der Neutrino-Oszillation im Jahr 2001. Warum die enorme Verzögerung?

Das Einzigartige an SNO war, dass es gleichzeitig empfindlich auf Wechselwirkungen zwischen geladenem Strom und neutralem Strom reagierte, da deuteriertes Wasser verwendet wurde.

Die drei Hauptinteraktionen sind

• Neutrino-Einfang auf Deuterium,$\nu + n \to e + p$, die ein schnelles Elektron und ein langsames Proton erzeugt. Das Lepton und das Baryon tauschen a aus$W$Boson (der „geladene schwache Strom“). Nur Neutrinos vom Elektronentyp können an dieser Wechselwirkung teilnehmen;$\nu_\mu$Und$\nu_\tau$müssten schwerere Leptonen erzeugen, aber solare Neutrinos tragen nicht genug Energie, um diese massereicheren Teilchen zu erzeugen.

• Deuteriumdissoziation durch Neutrinostreuung,$\nu + (np) \to \nu + n + p$. Das freie Neutron wandert eine Weile umher, bevor es von einem anderen Deuteron eingefangen wird und einen Gammastrahl aussendet. Da sich die Ladung des Neutrinos nicht ändert, wird diese Reaktion durch den "neutralen Strom" (der$Z$Boson) und alle Neutrinos tragen gleichermaßen bei.

• Elastische Streuung von Elektronen,$\nu + e \to \nu + e$. Diese Wechselwirkung hat sowohl geladene als auch neutrale Strombeiträge, sodass Neutrinos aller Geschmacksrichtungen beitragen können, aber Elektron-Neutrinos einen stärkeren Beitrag leisten als die anderen Geschmacksrichtungen.

Diese unterschiedlichen Wechselwirkungskanäle lieferten unabhängige Messungen des gesamten Neutrinoflusses und des Elektron-Neutrinoflusses.

Es ist erwähnenswert, dass der neutrale Strom gerade erst 1967 vorhergesagt und erst Anfang der 1970er Jahre entdeckt wurde.

Größtenteils glaubte die solare Neutrino-Gemeinschaft, dass es eine missverstandene Eigenschaft der Neutrino- Erkennung gab, die jeden veranlasste, ein Drittel des vorhergesagten solaren Neutrino-Flusses zu messen. Es dauerte viele Jahre, bis die Möglichkeit, dass das missverstandene Bit eine Eigenschaft des Neutrinos selbst war , wirklich ernst genommen wurde.

Ich weiß es nicht genau, aber ich würde vermuten, dass die Designdiskussionen für SNO in den frühen 1990er Jahren begannen. Mit dem Detektor sind viele technische Herausforderungen verbunden – nicht zuletzt, dass viele Tonnen schweres Wasser in vielen Tonnen leichten Wassers in einer dünnen, transparenten Membran suspendiert sind. Das schwere Wasser ist eine Leihgabe der kanadischen Atomindustrie; SNO hat eine hohe Versicherungspolice zu zahlen, um sie zu ersetzen, wenn die Membran reißt und sich das schwere Wasser mit dem leichten Wasser vermischt und ruiniert wird.

Meiner Meinung nach gibt es mehrere Gründe:

• Berechnungen von Sonnenmodellen: Eine mögliche Erklärung war, dass es Probleme mit den Sonnenmodellen gab, die wahrscheinlich einige Fehler unterschätzen.

• Komplexes Experiment: Dieses Experiment verwendete viele chemische Techniken, die normalerweise sehr schwer zu kontrollieren sind. Davis hat unglaubliche Arbeit geleistet, aber nur mit saubereren Experimenten auf Basis von Cherenkov-Strahlung konnten wir die Ergebnisse von Homestake vollständig bestätigen.

• Theoretische Vorurteile: Die Mischung von Quarks wurde lange vor der Mischung von Neutrinos entdeckt und die Mischungsmatrix ist in diesem Fall (CKM) fast diagonal. Andererseits benötigen wir relativ große Mischungswinkel, um das Defizit der solaren Neutrinos zu erklären. Heute wissen wir, dass die PMNS-Matrix alles andere als diagonal ist, aber damals war das nicht trivial.

Neutrinos interagieren sehr schwach mit anderen Teilchen, also müssen wir, um sie nachzuweisen, riesige und hochempfindliche Detektoren bauen , zB Super Kamiokande . Diese Technologien waren in den 1960er Jahren nicht verfügbar.