Oscylacja neutralin: Cząsteczki Przekształcające Identyczność Podczas Pasażu

Trzy Wersje, Jedna Rodzina Duszek

Neutrinos występują w trzech wersjach: elektronowe-neutrino, muonowe-neutrino i tauowe-neutrino. Wersja jest zdefiniowana operacyjnie, czyli na podstawie tego, który lepton заряженный спаренный с нейтрином появляется в слабой взаимодействии. Когда нейтрин генерируется процессом, который также создает электрон, он определяется как elektronowe-neutrino; если сопровождающая частица — мюон, то это muonowe-neutrino; если тауон, то tauowe-neutrino. Такое обозначение не является навсегда прикрепленной характеристикой частицы, это просто утверждение о том, как был создан нейтрин или как его распознали. Нейтрино редко взаимодействуют с чем-либо, проходя через целые планеты практически незамеченными, что и позволило определить их идентичность не напрямую измерением, а индуктивно на основе спаренных заряженных лептонов. Именно поэтому требовалось десятилетия терпеливых экспериментов для того, чтобы заметить, что в начале путешествия считалась одна вставка, а в конце — другая.

Stan Flavors Wz)((((st) Versus Stan Mass

Oto szpic, który sprawia, że oscylacje są możliwe: trzy stany flavors (elektronowy, muonowy, tauowy) nie są takie same jak trzy stany eigenmasowe masowe, convencjonalnie oznaczone jako neutrino-1, neutrino-2 i neutrino-3, które są stanami mającymi zdefiniowaną, stałą masę i propagującymi się czysto przez przestrzeń jak dobrze zachowane wabiki kwantowe. Zamiast tego, każdy stan flavors jest superpozycją kwantową, konkretnym mieszankiem wszystkich trzech stanie eigenmasowych, a każda z tych stanów masowych wpływa na wszystkie trzy flavors. Ta niezgodność opisana jest macierzą mieszania (macierz PMNS, imieniem Pontecorvo, Maki, Nakagawa i Sakaty) pełną kątów mieszania, które określają, jak duża część każdego z stanów eigenmasowych wchodzi do każdego flavors. To trochę jak opisanie akordu muzycznego jako pojedynczego dźwięku nazwanego, podczas gdy na самом fakcie jest on konstruowany z kilku różnych czystych tonów skumulowanych razem, gdzie czyste tony to stany eigenmasowe, a akord słyszane w momencie tworzenia to flavors.

Dlaczego mieszanka przemieszcza się podczas podróży neutralino

Neutralino jest tworzony w określonym smaku, co oznacza określoną kombinację stanów masowych, ale od tego momentu to sami stan masowe propagują się przez przestrzeń, każdy zachowując się jako kwantowy wabrek z własną zależnością od energii prędkością fazową. Ponieważ stan masowe mają nieco różne masy, ich fazowe kwantyksowe akumulują się o bardzo nieco innych przyspieszeniach podczas podróży neutralino, nawet jeśli zaczęły one w idealnym tempie. Gdy neutralino porusza się dalej od miejsca, w którym została stworzona, relatywna fazowość między stanami masowymi przemieszcza się, a ponowne połączenie ich już nie powoduje powrotu do pierwotnej kombinacji smaków, tylko do pewnej ewoluującej mieszanki wszystkich trzech smaków. Wzmacnianie neutralino w późniejszym momencie może zatem przynieść inny smak niż ten, który miał na początku. Prawdopodobieństwo tego zmiany smaku jest okresowe i, przy użyciu uproszczonej dwusmakowej aproksymacji, jest opisane przez prostej formułki: P = sin kwadrat(2 razy theta) razy sin kwadrat(1.27 razy delta-m-kwadrat razy L podzielone przez E). Oto theta to kąt mieszania między dwoma smakami i stanami masowymi, delta-m-kwadrat to różnica między kwadratami dwóch własnych stanów masowych pomiaru w eV kwadratowych, L to odległość przebyta w kilometrach, a E to energia neutralino w GeV. Kluczowa informacja ukryta w tej formule brzmi następująco: jeśli delta-m-kwadrat byłby dokładnie zerem, drugi sinus kwadrat by zawsze wynosił zero, a prawdopodobieństwo oscylacji całkowicie zniknęłoby niezależnie od tego, jak daleko neutralino poruszyło się. Oscylacja może mieć miejsce tylko wtedy, gdy delta-m-kwadrat jest różny od zera, a to możliwe jedynie wtedy, gdy dwie własne stan masowe mają różne, niezerowe masy.

Problem neutralino solarzny: Nieoczekiwany Podpowiedź

Pierwszy wskazówka, że coś brakuje w obrazie, pochodziła od Słońca. Od późnych lat 1960-ych roku eksperyment Homestake prowadzony przez Raymond Davisa juniora, głęboko w jadalni w Dakota Południowej, liczył elektronowe neutralino przenoszące się z reakcji fuzyjnych w jądrze Słońca. Liczba była niższa o około trzy czwarte, co było tylko tyle neutralino elektronowych przewidywanych przez solidne modele fizyki solarnej. W ciągu dekad problem ten, znany jako problem neutralino solarzny, był dręczącym zagadnieniem: czy modele Słońca były nieprawidłowe, czy detektor był uszkodzony, czy coś się działo z neutralino podczas ich osiemminutowego podróży od Słońca do Ziemi? Ostateczna odpowiedź okazała się przemianą. Elektronowe neutralino wyprodukowane w jądrze Słońca częściowo przekształcały się w muonowe i tauowe neutralino podczas podróży, typy, które detektor bazujący na chlorcie Davisa nie był zaprojektowany do zauważenia, więc liczył mniej neutralino, które prosto zmieniły swoją tożsamość zamiast zniknąć.

Dowod Nobla, który zmienił standardowy model

Potwierdzenie przybyło z dwóch stron naraz. Eksperyment Super-Kamiokande w Japonii, studiujący muonowo-neutrinos wyprodukowane podczas uderzenia strumieni kosmicznych na atmosferę, odnaleźli deficyt zależny od typu, który pasował do wzoru oczekiwanej oscylacji w zależności od tego jak daleko neutrinos przeszły przez Ziemię. Eksperyment Neutrino Sudbury w Kanadzie zamykał pętlę w przypadku słonecznym, mierząc nie tylko elektronowo-neutrinos z Słońca, ale całą flux trzech typów neutrinos razem, i odnalezieniem, że suma pasowała doskonale do prognoz modelu słońca, dowodząc, że brakujące elektronowo-neutrinos nie zniknęły, tylko przekształciły się w inne typy. Ta praca dodała Takaku Kajitę i Arturo B. McDonaldowi Nagrodę Nobla w fizyce 2015 roku. Wynik miał ogromne znaczenie, ponieważ oryginalny standardowy model fizyki cząsteczek, sformułowany w latach 60. i 70., przyjął neutrinos jako dokładnie bezmasowe, a bezmasowa cząstka nie może oscylować, ponieważ wzór oscylacji wymaga dodatniego delta-m-squared, co wymaga mas. Obserwacja oscylacji była więc bezpośrednim i niewątpliwym dowodem na to, że neutrinos mają masę, faktem eksperymentalnym, który standardowy model nie mógł zaszczytnie włączyć jako pierwotnie sformułowany, a który fizycy musieli dołączyć ręcznie do teorii, pozostawiając otwarte pytania dotyczące dokładnego sposobu, w jaki neutrinos zdobywają masę, które nadal są aktywnymi badaniami dzisiaj.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Neutrino Oscillation: Particles That Change Identity Mid-Flight i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.