Warum ist es nicht möglich, die individuelle Neutrinomasse aus dem β−β−\beta-Zerfall zu messen?

Impuls- und Energiemessungen der Endprodukte des Beta-Zerfalls können nicht genau genug sein, aufgrund von Messfehlern können nur Grenzen bestimmt werden.

Unter diesem Link finden Sie eine aktuelle Überprüfung.

Die Arbeit gibt einen Überblick über kürzlich durchgeführte Experimente zur Tritium-β-Spektroskopie, die nach dem Absolutwert der Elektron-Neutrino-Masse m(ν_e) suchen. Durch die Verwendung spezieller elektrostatischer Filter mit hoher Akzeptanz und Auflösung wurde die Unsicherheit des beobachtbaren m^2(ν_e) auf etwa 3 eV^2 gedrückt. Die neue Obergrenze der Masse ist m(ν_e) < 2 eV bei 95 % CL. Angesichts fehlerhafter und unphysikalischer Massenergebnisse einiger früherer Experimente zum β-Zerfall wird besonderes Augenmerk auf systematische Effekte gelegt. Die Massengrenze wird im Kontext aktueller Neutrinoforschung in der Teilchen- und Astrophysik diskutiert. Es wird eine Vorschau auf die nächste Generation von β-Spektroskopie-Experimenten gegeben, die derzeit entwickelt und gebaut werden; sie zielen darauf ab, die m^2(ν_e)-Unsicherheit um einen weiteren Faktor von 100 zu senken und eine Empfindlichkeitsgrenze m(ν_e) < 0,2 eV zu erreichen.

Warum müssen wir uns nur auf Neutrino-Oszillationen verlassen, um die Massequadratdifferenzen von Neutrinos zu messen?

Ich glaube nicht, dass wir das tun. Es ist nur eine Hypothese.

Warum ist es beispielsweise nicht möglich, die Neutrinomassen direkt zu messen?$\beta-$Verfall?

Denn die Ruhemasse ist ein Maß für den Energiegehalt eines Körpers in Ruhe, und niemand hat je ein ruhendes Neutrino gesehen.

Als Pauli die Existenz von Neutrinos hypothetisierte, um die Erhaltung von Energie und Drehimpuls zu speichern$\beta-$Zerfall, warum nahm er an, dass die Neutrinos masselos seien?

Er tat es nicht. Siehe seinen Brief von 1930 an Lise Meitner und andere:

"Sehr geehrte Radioaktive Damen und Herren, wie Ihnen der Überbringer dieser Zeilen, um deren Anhörung ich Sie höflich bitte, näher erläutern wird, wegen der "falschen" Statistik der N- und Li-6-Kerne und der kontinuierlichen Beta-Spektrum bin ich auf ein verzweifeltes Mittel gestoßen, um den "Austauschsatz" der Statistik und den Energieerhaltungssatz zu retten, nämlich die Möglichkeit, dass in den Kernen elektrisch neutrale Teilchen, die ich Neutronen nenne, existieren könnten Spin 1/2 haben und dem Ausschlussprinzip gehorchen und die sich von Lichtquanten weiter dadurch unterscheiden, dass sie sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen Die Masse der Neutronen sollte in der gleichen Größenordnung liegen wie die Masse der Elektronenund auf jeden Fall nicht größer als 0,01 Protonenmasse. Das kontinuierliche Beta-Spektrum wäre dann sinnvoll mit der Annahme, dass beim Beta-Zerfall zusätzlich zum Elektron ein Neutron emittiert wird, so dass die Summe der Energien von Neutron und Elektron konstant ist…“

2. Wie kamen Experimentatoren damals zu dem Schluss, dass Neutrinos masselos sind?

Sie betrachteten die Kurve im Beta-Zerfallsspektrum. Siehe Abschnitt VII von Fermis Artikel hier . Die gemessenen Kurven stimmten mit dem µ = 0-Plot überein. Siehe diese Vorlesung zum Tritium-Beta-Zerfall. Paul Dauncey von der HEP-Gruppe bei Imperial. Er sagt, die geringe Energiefreisetzung mache es einfacher, die Auswirkungen einer Masse ungleich Null zu beobachten.

3. Was ist mit der Energiemessung beim 3-Körper-Zerfall?$n\rightarrow p+e^-+\bar{\nu}_e$, in den ausgeklügelten Experimenten heute, und die Bestimmung der einzelnen Neutrinomassen daraus?

Energie messen ist nicht Masse messen. Ein Photon kann beträchtliche Energie, aber keine Masse haben. Wenn sich das Photon mit weniger als c bewegt, weist es eine "effektive" Masse auf. Wenn Sie es in einer Spiegelbox einschließen, ist sein gesamter Energie-Impuls als Masse wirksam, und die Box ist infolgedessen schwerer zu bewegen. Wenn sich das Neutrino bei c bewegt, hat es keine Masse, Punkt.

Hat man

$$E_n=E_p+E_e+E_\nu\Rightarrow m_nc^2+T_n=m_pc^2+T_p+m_ec^2+T_e+m_\nu c^2+T_\nu.$$ $m_p,m_n,m_e$sind bekannt. Daher durch Messung der kinetischen Energien $T_n,T_p,T_e$Und $T_\nu$man kann die Masse bestimmen $\nu_e$. Warum ist das experimentell nicht möglich?

Denn wenn das Neutrino bei c wandert,$T_\nu = E_\nu$und das ist alles was du weißt.

Ist das weil$T_\nu$ist nicht messbar? Oder liegt das daran$\nu_e$ein Geschmackszustand ist, keine bestimmte Masse hat?

Wir sind mit der Neutrinoenergie zufrieden, so wurden sie ursprünglich vorhergesagt. Aber wir haben keinen wirklichen Beweis dafür, was das Neutrino tut, während es sich ausbreitet. Ich habe kürzlich gefragt, ob wir Hinweise auf Neutrinos haben, die langsamer als Licht sind . Die Antwort ist nein. Wir wissen nur, dass wir nicht so viele Neutrinos nachweisen, wie wir erwarten. Der Rest ist Hypothese.