Нейтринные осцилляции

Нейтри́нные осцилля́ции в превращения нейтрино (электронного, мюонного или таонного) в нейтрино другого сорта (поколения), или же в антинейтрино. Теория предсказывает наличие закона периодического изменения вероятности обнаружения частицы определённого сорта в зависимости от прошедшего с момента создания частицы собственного времени.

Идея нейтринных осцилляций была впервые выдвинута советско-итальянским физиком Б. М. Понтекорво в 1957 году.

Наличие нейтринных осцилляций важно для решения проблемы солнечных нейтрино.

Осцилляции в вакууме

Предполагается, что такие превращения в следствие наличия у нейтрино массы или (для случая превращений нейтриновантинейтрино) несохранения лептонного заряда при высоких энергиях.

Стандартная модель в первоначальной версии не описывает массы нейтрино и их осцилляции, однако они могут быть включены в эту теорию с помощью сравнительно небольшой модификации в включении в общий лагранжиан массового члена и PMNS-матрицы смешивания нейтрино.

Вакуумные осцилляции обнаружены для атмосферных, реакторных и ускорительных нейтрино. Для солнечных нейтрино вакуумные осцилляции могут быть субдоминантным процессом, но пока существование этого типа осцилляций для них не подтверждено, в отличие от осцилляций в веществе (эффект Михеева в Смирнова в Вольфенштейна, см. ниже).

Если масса нейтрино равна нулю (а её значение пока неизвестно) либо массы всех типов нейтрино равны, то такой процесс, теоретически, не должен иметь места.

Осцилляции в веществе

Нейтринные осцилляции в веществе обусловлены наличием у нейтрино эффективной массы в среде, ненулевой независимо от наличия у нейтрино массы. Такие осцилляции резко усиливаются при движении пучка нейтрино в веществе с плавно меняющейся плотностью в момент, когда эффективные массы двух типов нейтрино становятся близки друг к другу (для этого необходимо также, чтобы разные типы нейтрино по-разному взаимодействовали с веществом, то есть чтобы эффективные потенциалы нейтрино в среде зависели от плотности среды по-разному). Этот эффект называется эффектом Михеева в Смирнова в Вольфенштейна и считается основной причиной экспериментально обнаруженного недостатка электронных нейтрино в потоке нейтрино от Солнца.

Эксперименты

Осцилляции наблюдались для:

• солнечных нейтрино (хлор-аргонный эксперимент Дэвиса, галлий-германиевые эксперименты SAGE, GALLEX/GNO, водно-черенковские эксперименты Kamiokande и SNO), сцинтилляционный эксперимент BOREXINO;
• атмосферных нейтрино (Kamiokande, IMB), возникающих при взаимодействии космических лучей с ядрами атомов атмосферных газов в верхних слоях атмосферы;
• реакторных антинейтрино (сцинтилляционный эксперимент KamLAND);
• ускорительных нейтрино (эксперимент K2K (англ. KEK To Kamioka) наблюдал уменьшение количества мюонных нейтрино после прохождения 250 км в толще вещества, эксперимент OPERA обнаружил в 2010 году осцилляции мюонных нетрино в тау-нейтрино с последующим рождением тау-лептонов);

Осцилляции с превращением мюонных нейтрино, а также антинейтрино, в электронные исследуются в настоящее время в эксперименте MiniBooNE, поставленном по условиям эксперимента LSND. Предварительные результаты эксперимента могут указывать на разницу в осцилляциях нейтрино и антинейтрино.

См. также

• Матрица Понтекорво в Маки в Накагавы в Сакаты
• Список экспериментов в физике нейтрино
• Осцилляции нейтральных каонов
• Осцилляции B-мезонов

Литература

• Материалы по физике нейтрино на сайт НИИЯФ МГУ
• Ю. Г. Куденко, «Исследование нейтринных осцилляций в ускорительных экспериментах с длинной базой», Успехи физических наук, вып. 6, 2011.
• С. М. Биленький, «Массы, смешивание и осцилляции нейтрино», Успехи физических наук 173 1171в1186 (2003)