Wie kann ein Neutrino-Detektor die drei Arten von Neutrinos unterscheiden?

Mit anderen Worten, was ist der Unterschied zwischen den drei Geschmacksrichtungen von Neutrinos? Die meisten Artikel sprechen darüber, wie sie unterschiedlich hergestellt werden, aber nicht darüber, was sie tatsächlich voneinander unterscheidet ... Ein Artikel erwähnte auch ihre Masse, aber die drei Geschmacksrichtungen wurden entdeckt und voneinander unterschieden, bevor festgestellt wurde, dass sie Masse hatten ....

Sehr einfach. Ein Elektron-Neutrino wird in ein Elektron umgewandelt, ein Myon-Neutrino in ein Myon und ein Tau-Neutrino in ein Tau-Teilchen. Aus diesem Grund sind Detektoren blind für niederenergetische Myon- und Tau-Neutrinos, was eine wichtige Rolle bei der Lösung des solaren Neutrino-Problems spielt.
Siehe auch: physical.stackexchange.com/q/326506 , wo ich die Einzelheiten im Falle eines besonders wichtigen Experiments bespreche.

Antworten (2)

Der Geschmack von Neutrinos, Elektron, Myon, Tau, bedeutet, dass sie, wenn sie interagieren, aus der Erhaltung der Leptonzahl ein Myon, Elektron oder Tau erzeugen, und so unterscheidet man zunächst, welche Art von Neutrino den Detektor trifft. Durch den Nachweis eines Elektrons, eines Myons oder eines Taus, das im Detektor durch eine spurlose Wechselwirkung entsteht (das Neutrino hinterlässt keine Spur), wird der Geschmack identifiziert.

Da gibt es dieses Experiment, das es geschafft hat, Neutrino-Oszillationen von der Sonne zu identifizieren, obwohl die Neutrino-Energien der Sonne nicht ausreichten, um echte Myonen oder Taus zu erzeugen.

Im Gegensatz zu früheren Detektoren würde die Verwendung von schwerem Wasser den Detektor für zwei Reaktionen empfindlich machen, eine Reaktion empfindlich für alle Neutrino-Flavours, die andere Reaktion empfindlich für nur Elektron-Neutrino.

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Bei der Wechselwirkung mit geladenem Strom wandelt ein Neutrino das Neutron in einem Deuteron in ein Proton um. Bei der Reaktion wird das Neutrino absorbiert und ein Elektron entsteht. Solare Neutrinos haben Energien, die kleiner sind als die Masse von Myonen und Tau-Leptonen, daher können nur Elektron-Neutrinos an dieser Reaktion teilnehmen

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Bei der neutralen Stromwechselwirkung dissoziiert ein Neutrino das Deuteron und zerlegt es in seine Bestandteile Neutron und Proton. Das Neutrino läuft mit etwas weniger Energie weiter, und alle drei Neutrino-Flavours sind mit gleicher Wahrscheinlichkeit an dieser Wechselwirkung beteiligt.

Was ist der Unterschied zwischen den drei Geschmacksrichtungen von Neutrinos?

Sie haben erwähnt, dass Sie die offensichtlichen Unterschiede in den Produktionsweisen und den Unterschieden in der Masse kennen (oder zumindest das, was wir über die Massen wissen: Die Massenhierarchie ist immer noch ein Problem), also lassen wir das beiseite und reden über andere Dinge. Das mag einzigartig wenig hilfreich sein, weil es überhaupt keine tiefe Differenzierung ist, aber ich werde es trotzdem versuchen. Die verschiedenen Geschmacksrichtungen von Neutrinos haben unterschiedliche Leptonzahlen, und dies wird wichtig, wenn Sie die Theorie anwenden, dass die Leptonzahl jeder Art bei Wechselwirkungen erhalten bleibt.

Ein Elektron-Neutrino hat L e = + 1 , Aber L μ = 0 Und L τ = 0 . Elektronen haben die gleiche Leptonzahl.

Ein Myon-Neutrino hat L μ = + 1 , Aber L e = 0 Und L τ = 0 . Myonen haben die gleichen Leptonenzahlen.

Das Muster erstreckt sich auf das Tau-Neutrino und Tau.

Dies wird bedeutsam, wenn wir über Wechselwirkungen sprechen, weil die Leptonenzahlerhaltung irgendwie hilft, Dinge vorherzusagen. Betrachten Sie zum Beispiel den Zerfallsmodus des Myons in ein Elektron, ein Elektron-Antineutrino und ein Myon-Neutrino.

μ e + v e ¯ + v μ ( L μ = 1 ) ( L e = 1 ) + ( L e = 1 ) + ( L μ = 1 )


Wie kann ein Neutrino-Detektor die drei Arten von Neutrinos unterscheiden?

Eine Möglichkeit, Elektron-Neutrinos zu erkennen, ist die Beobachtung der Wechselwirkungen zwischen geladenem Strom , die eine der Arten von Wechselwirkungen ist, die Neutrinos zeigen (die andere ist neutraler Strom; sie verrät nichts über den Geschmack).

Wir können sagen, dass das Neutrino ein Elektron-Neutrino war, weil bei ausreichend hohen Energien ein Elektron erzeugt wird (hohe Energien sind erforderlich, um die Masse-Energie-Äquivalenz für die zusätzliche Masse des Elektrons zu erfüllen).