Neutrino-värähtely

Neutriinovärähtely on havaittu neutriinojen säännöllinen muutos yhdestä leptonimakasta toiseen ja takaisin. Tämä sallii neutriinon, joka z. B. syntyi elektronineutriinona , esiintyy myös muonina tai tau-neutriinona ja sen vuoksi detektorityypistä riippuen paeta havaitseminen .

Neutriinovärähtely selitetään häiriövaikutuksena eri neutriinokomponenttien välillä, jotka etenevät eri vaiheenopeuksilla . Todennäköisyydet esiintyy, tai tämän tyyppisten neutriino vaihtelevat sinimuotoisesti kanssa kulkema matka neutriinoteleskooppi; Vaihteluiden jaksot ja amplitudit riippuvat neutriinienergiasta ja etenemisväliaineesta (katso myös MSW-vaikutus ).

Neutriinovärähtelyä tutki Bruno Pontecorvo vuonna 1957 teoreettisena mahdollisuutena - ellei neutriinot olleet massattomia, kuten tuolloin oletettiin. Ensimmäinen kokeellinen osoitus neutriinovärähtelystä oli matalaenergisten aurinkoneutriinien alijäämä, joka havaittiin Homestake-kokeessa 1960-luvun lopulta . Tämä vahvistettiin Kamiokande II -kokeella vuodelta 1987, Cherenkov- ilmaisimella, joka pystyi myös määrittämään alkuperän suunnan. Tämän seurauksena tehtiin lukuisia muita neutriinokokeita, joissa käytettiin korkeamman energian neutrinoa auringolta, maapallon ilmakehän kosmisesta säteilystä, ydinreaktoreista ja kiihdyttimistä mallin kolmen vaihtoehtoisen parametrialueen erottamiseksi toisistaan. vaihtoehtoisia malleja, joissakin on vielä massattomia neutriinoja. Ainoastaan ​​antineutriinien kanssa KamLAND- kokeessa, joka on ollut käynnissä vuodesta 2002 , voitiin osoittaa, että alkuperäinen malli on oikea. Mahdollista massojen ja sekoituskulmien parametrialuetta tyhjiössä voitaisiin kaventaa.

Havaitut massan ylärajat ovat riittävän pieniä, jotta alkeishiukkasten fysiikan vakiomalli pysyy voimassa käytännön reaktionopeuden ennustamiseen. Vakiomallin neutriinomassojen matemaattinen kuvaus on kuitenkin teoreettinen ongelma, koska tarvitaan enemmän hiukkasia tai vuorovaikutuksia kuin alkuperäisessä mallissa. Havaittu neutriinovärinä johtaa siihen , että leptoniperheen numero ei säily .

Solar-neutriinovaje

Ensimmäiset kokeelliset todisteet neutriinovärähtelyistä saatiin aurinko-neutriinojen kentältä. Elektroneutriineja tuotetaan suuressa määrin ydinfuusioprosesseissa auringon sisällä . 1960-luvulla Raymond Davis Jr. alkoi tutkia auringon neutriinovuotoa detektorilla Homestake-kaivoksessa (klooridetektori). Elektroni-neutriinojen mitattu virtaus vastasi kuitenkin vain alle puolta virtauksesta, joka olisi odotettavissa auringon kirkkauden perusteella .

Auringon kirkkaus voidaan mitata, josta odotettu neutriinovuo voidaan laskea käyttämällä atomien ytimien mitattuja ominaisuuksia käyttäen monimutkaisia ​​aurinkomalleja. Joitakin näistä malleista kutsutaan SSM-standardeiksi, koska tiedeyhteisö on sopinut niistä vertailumalleina pitkän keskustelun jälkeen . Edellyttäen, että nämä SSM: t kuvaavat aurinkoa oikein, Homestake-kokeen tulos voidaan tulkita neutriinojen "katoamiseksi".

Tänään, suuren määrän kokeiden perusteella, Davisin mittaama neutriinovaje ei selity aurinkomallin epätarkkuuksilla, vaan neutriinojen hiukkasominaisuuksilla: matkalla auringon keskeltä neutrino-ilmaisimiin maapallon, elektronineutriinot "värähtelevät" muihin neutriinotyyppeihin (muoni- ja tau-neutriinot).

Davis ja Masatoshi Koshiba (havaitseminen kosmisen neutriinoja päässä supernova 1987A on Kamiokande detektori) sai Nobelin fysiikan varten Homestake kokeilu 2002 .

Teoreettinen perusta

Tarvitaan kaksi oletusta:

• tarvitset eri neutrino massat omaavat
• Toisaalta, siihen liittyvä massa ominaistilat neutriinot olisi kierretty suhteessa valtioiden sovitettu heikko vuorovaikutus. Peittoa kutsutaan Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata-sekoitukseksi - joskus vain kutsutaan MNS-sekoitukseksi, katso seuraava luku - analoginen kvarkkialan CKM-seoksen kanssa .

Tämä on selitettävä erittäin relativististen neutriinojen 2- makujen värähtelyn tapauksessa , jossa vuorovaikutustilat ovat ( 3-makua varten). ${\ displaystyle \ nu _ {\ alpha} \ rightarrow \ nu _ {\ beta}}$${\ displaystyle \ nu _ {\ alpha}, \ nu _ {\ beta}}$${\ displaystyle \ nu _ {e}, \ nu _ {\ mu}, \ nu _ {\ tau}}$

Sitten seokselle on tunnusomaista sekoituskulma : ${\ displaystyle \ Theta _ {m}}$

${\ displaystyle \ left ({\ begin {array} {c} \ nu _ {\ alpha} \\\ nu _ {\ beta} \ end {array}} \ right) = \ left ({\ begin {array} {cc} \; \; \; \ cos \ Theta _ {m} & \ sin \ Theta _ {m} \\ - \ sin \ Theta _ {m} & \ cos \ Theta _ {m} \ end {matriisi }} \ oikea) \ vasen ({\ begin {array} {c} \ nu _ {1} \\\ nu _ {2} \ end {array}} \ right),}$

missä ja ovat massa-omistustilat. Päinvastoin kuin vuorovaikutustiloissa, näitä ei voida havaita massojen pienen koon tai niiden aiheuttamien vaikutusten vuoksi . ${\ displaystyle \ nu _ {1}}$${\ displaystyle \ nu _ {2}}$

Jos harkitaan neutriinoteleskooppi massa ominaistilat kuin tasoaallon , pätee seuraava: ${\ displaystyle \ nu _ {j}}$

${\ displaystyle \ left | \ nu _ {j} (t) \ right \ rangle = \ left | \ nu _ {j} (0) \ right \ rangle e ^ {- i (Et-p_ {j} x) / \ hbar}}$.

Erittäin relativistisille neutriinoille, joiden likiarvo koskee vauhtia : ${\ displaystyle m _ {\ nu} c ^ {2} \ ll E _ {\ nu}}$${\ displaystyle p}$

${\ displaystyle p = {\ frac {1} {c}} {\ sqrt {E ^ {2} -m ^ {2} c ^ {4}}} \ noin {\ frac {1} {c}} \ vasen (E - {\ frac {m ^ {2} c ^ {4}} {2E}} \ oikea)}$.

Aika voi johtua lentoreitin ilmaisemisesta . Tasotasoa kuvaavat näin: ${\ displaystyle t}$${\ displaystyle v \ noin c}$${\ displaystyle x = L}$${\ displaystyle t = {L} / {c}}$

${\ displaystyle \ left | \ nu _ {j} (L) \ right \ rangle = \ left | \ nu _ {j} (0) \ right \ rangle e ^ {- i {\ frac {m_ {j} ^ {2} c ^ {4}} {2E}} {\ frac {L} {\ hbar c}}}}$.

Vuorovaikutustilojen ajallista kehitystä varten ja siten seurausta kahden hieman erilaisen tasoaallon päällekkäisyydestä: ${\ displaystyle \ nu _ {\ alpha}}$${\ displaystyle \ nu _ {\ beta}}$

${\ displaystyle {\ begin {array} {lcrcr} \ left | \ nu _ {\ alpha} (L) \ right \ rangle & = & \ cos \ Theta _ {m} \ left | \ nu _ {1} ( 0) \ right \ rangle e ^ {- i {\ frac {m_ {1} ^ {2} c ^ {4}} {2E}} {\ frac {L} {\ hbar c}}} & + & \ sin \ Theta _ {m} \ vasen | \ nu _ {2} (0) \ oikea \ rangle e ^ {- i {\ frac {m_ {2} ^ {2} c ^ {4}} {2E}} {\ frac {L} {\ hbar c}}} \\\ vasen | \ nu _ {\ beta} (L) \ oikea \ rangle & = & - \ sin \ Theta _ {m} \ vasen | \ nu _ {1} (0) \ right \ rangle e ^ {- i {\ frac {m_ {1} ^ {2} c ^ {4}} {2E}} {\ frac {L} {\ hbar c}}} & + & \ cos \ Theta _ {m} \ vasen | \ nu _ {2} (0) \ oikea \ rangle e ^ {- i {\ frac {m_ {2} ^ {2} c ^ {4}} {2E}} {\ frac {L} {\ hbar c}}} \ end {array}}}$.

Jos nämä kaksi massayhdistelmää rajallisen reitin jälkeen eivät enää elää samoja, niin on mahdollista löytää toinen ehto alun perin muodostetusta vuorovaikutustilan pylväistä . Sitten seuraava pätee värähtelytodennäköisyyteen: ${\ displaystyle \ langle \ nu _ {\ beta} (0) | \ nu _ {\ alpha} (L) \ rangle \ neq 0}$

${\ displaystyle P (\ nu _ {\ alpha} \ rightarrow \ nu _ {\ beta}) = \ vasen | \ langle \ nu _ {\ beta} (0) | \ nu _ {\ alfa} (L) \ rangle \ right | ^ {2} \ approxeq \ sin ^ {2} \ left ({\ frac {\ Delta m ^ {2} c ^ {4}} {4E}} {\ frac {L} {\ hbar c }} \ oikea) \ cdot \ sin ^ {2} \ vasen (2 \ Theta _ {m} \ oikea)}$

makujen massaneliöiden erotuksella . ${\ displaystyle \ Delta m ^ {2}}$

MSW-vaikutus esiintyy neutriinovärähtelyissä aineessa (vain kun tiheys muuttuu) (nimetty Stanislaw Michejewin , Alexei Jurjewitsch Smirnow'n ja Lincoln Wolfensteinin mukaan ). Tämä aiheuttaa värähtelyn resonanssivahvistuksen tietyille elektronitiheyksille ja aineen neutriinomassaeroille .

On standardi mallissa , neutriinot ovat massattoman ja ilmenevät ainoastaan partikkeleita, joiden negatiivinen kiraalisuus (vasenkätinen hiukkasia). Neutriinovärähtelyjen havaitsemisen myötä nämä oletukset eivät ole enää pitäviä, joten nämä värähtelyt tarjoavat siten ensimmäisen käsityksen fysiikasta normaalimallin ulkopuolella. Massamitriineille tarvittavat muutokset vakiomalliin sisältävät mm. B.:

• oikeakätisten neutriinojen ulkonäkö; heihin ei kohdistu sähkövirta tai vahva vuorovaikutus , ts. H. ne ovat steriilejä .
• Majorana- neutriinojen ulkonäkö ; ne ovat omia hiukkasia , joten leptoniluvun säilymistä ei enää taata.

PMNS-matriisi

( Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata-matriisi , aiemmin MNS-matriisi , ilman Pontecorvoa , jota kutsutaan myös neutriinien sekoitusmatriisiksi )

Aurinko ja ilmakehän neutrino kokeet ovat osoittaneet, että neutriinoteleskooppi värähtelyt johtuvat välinen poikkeama maku ja massa ominaistilat neutriinot. Suhteen näiden alkuperämaiden välillä antaa

${\ displaystyle \ left | \ nu _ {\ alpha} \ right \ rangle = \ summa _ {i} U _ {\ alfa i} \ vasen | \ nu _ {i} \ right \ rangle \,}$

${\ displaystyle \ left | \ nu _ {i} \ right \ rangle = \ summa _ {\ alpha} U _ {\ alpha i} ^ {*} \ left | \ nu _ {\ alpha} \ right \ rangle}$,

jossa

• ${\ displaystyle \ vasen | \ nu _ {\ alfa} \ oikea \ rangle}$tarkoittaa neutrinoa, jolla on tietty maku α. a = e (elektroni), μ (muoni) tai τ (tauon).
• ${\ displaystyle \ vasen | \ nu _ {i} \ oikea \ rangle}$on neutriino, jolla on tietty massa, indeksoitu = 1, 2, 3.${\ displaystyle i}$
• ${\ displaystyle {} ^ {*}}$tarkoittaa monimutkaista konjugaatiota ( antineutriinojen tapauksessa tämä on jätettävä pois toisesta yhtälöstä ja lisättävä ensimmäiseen yhtälöön).

Sisällä on PMNS-matriisi. Se on analogi CKM matriisin varten kvarkkien ja sekoittamalla matriisi on sähköheikko vuorovaikutus parametroidaan jonka Weinberg kulma . Jos tämä matriisi olisi identiteettimatriisi , niin makuaineet olisivat samat kuin massan ominaisasemat. Mainitut kokeet osoittavat kuitenkin, että näin ei ole. ${\ displaystyle U _ {\ alfa i}}$

Jos tavanomainen kolme neutriinoteoria on johdonmukainen, sen on oltava 3 × 3 -matriisi, jossa on vain kaksi erilaista neutriinoa (eli kahta makua), se olisi 2 × 2 -matriisi, neljällä neutriinolla 4 × 4 -matriisi. Kolmen makun tapauksessa se saadaan:

${\ displaystyle {\ begin {aligned} \ mathbf {U} & = {\ begin {bmatrix} U_ {e1} & U_ {e2} & U_ {e3} \\ U _ {\ mu 1} & U _ {\ mu 2} & U_ {\ mu 3} \\ U _ {\ tau 1} & U _ {\ tau 2} & U _ {\ tau 3} \ end {bmatrix}} \\\\ & = {\ alku {bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & c_ {23} & s_ {23} \\ 0 & -s_ {23} & c_ {23} \ end {bmatrix}} {\ begin {bmatrix} c_ {13 } & 0 & s_ {13} e ^ {- i \ delta} \\ 0 & 1 & 0 \\ - s_ {13} e ^ {i \ delta} & 0 & c_ {13} \ end {bmatrix}} {\ begin {bmatrix} c_ {12} & s_ {12} & 0 \\ - s_ {12} & c_ {12} & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix}} {\ begin {bmatrix} e ^ {i \ alpha _ {1} / 2} & 0 & 0 \\ 0 & e ^ {i \ alpha _ {2} / 2} & 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix}} \ \\\ & = {\ aloita {bmatrix} c_ {12} c_ {13} & s_ {12} c_ {13} & s_ {13} e ^ {- i \ delta} \\ - s_ {12} c_ { 23} -c_ {12} s_ {23} s_ {13} e ^ {i \ delta} & c_ {12} c_ {23} -s_ {12} s_ {23} s_ {13} e ^ {i \ delta } & s_ {23} c_ {13} \\ s_ {12} s_ {23} -c_ {12} c_ {23} s_ {13} e ^ {i \ delta} & - c_ {12} s_ {23} -s_ {12} c_ {23} s_ {13} e ^ {i \ delta} & c_ {23} c_ {13} \ end {bmatrix}} {\ begin {bmatrix} e ^ {i \ alpha _ {1 } / 2} & 0 & 0 \\ 0 & e ^ {i \ alpha _ {2} / 2} ja 0 \\ 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix}} \\\\\ end {tasattu}} }$

missä c _ij  = cos θ _ij ja s _ij  = sin θ _ij . Vaihetekijät α ₁ ja α ₂ eroavat nollasta vain, jos neutriinot ovat ns. Majorana-hiukkasia (tämä kysymys on vielä ratkaisematon) - mutta tämä on suhteellisen merkityksetöntä neutriinon värähtelyn suhteen. Kun kyseessä on Neutrinon vapaan kaksinkertainen beetahajoaminen , nämä tekijät vaikuttavat vain korko. Vaihetekijä δ eroaa nollasta vain, jos neutriinovärinä rikkoo CP-symmetriaa . Tämä on odotettavissa, mutta sitä ei ole vielä havaittu kokeellisesti. Jos kokeen pitäisi osoittaa, että tämä 3 × 3 -matriisi ei ole yhtenäinen, pitäisi olla steriilejä neutriinoja (englanniksi: sterile neutrino ) tai muuta uutta fysiikkaa, joka ylittää vakiomallin tarpeet (sama pätee CKM-matriisiin ).

Massaominaisvaltioiden makuseos riippuu väliaineesta. Nykyiset arvot tyhjiössä: Massaerot neutriinomassaspektrissä saadaan

${\ displaystyle \ delta m ^ {2}: = m_ {2} ^ {2} -m_ {1} ^ {2} = 7 {,} 54 \ cdot 10 ^ {- 5} \, \ mathrm {eV} ^ {2}> 0 \, \ quad \ Delta m ^ {2}: = m_ {3} ^ {2} - {\ frac {m_ {1} ^ {2} + m_ {2} ^ {2}} {2}} = {\ aloita {tapaukset} \; \; \; 2 {,} 43 \ cdot 10 ^ {- 3} \, \ mathrm {eV} ^ {2} & (\ mathrm {NH}) \ \ -2 {,} 42 \ cdot 10 ^ {- 3} \, \ mathrm {eV} ^ {2} & (\ mathrm {IH}) \ end {tapaukset}},}$

jossa NH kuvaa normaalia hierarkiaa ja IH kuvaa käänteistä hierarkiaa . Kulmat ovat seuraavat: ${\ displaystyle \ Delta m ^ {2}> 0}$${\ displaystyle \ Delta m ^ {2} <0}$

${\ displaystyle s_ {12} ^ {2} = 0 {,} 307 \ ,, \; s_ {23} ^ {2} = {\ aloita {tapaukset} 0 {,} 386 & (\ mathrm {NH}) \ \ 0 {,} 392 & (\ mathrm {IH}) \ end {case}} \ ,, \ s_ {13} ^ {2} = {\ begin {cases} 0 {,} 0241 & (\ mathrm { NH}) \\ 0 {,} 0244 & (\ mathrm {IH}) \ end {tapaukset}} \ ,, \ delta = {\ aloita {tapaukset} 1 {,} 08 \ pi & (\ mathrm {NH} ) \\ 1 {,} 09 \ pi & (\ mathrm {IH}) \ end {tapaukset}}.}$

Lisäksi ne ovat . Tämä johtaa seuraaviin MNS-matriiseihin: ${\ displaystyle \ alpha _ {i} = 0}$

${\ displaystyle {\ begin {aligned} \ mathbf {U} _ {\ mathrm {NH}} = {\ begin {pmatrix} 0 {,} 822 & 0 {,} 547 & -0 {,} 150 + 0 { ,} 0381 \ mathrm {i} \\ - 0 {,} 356 + 0 {,} 0198 \ mathrm {i} ja 0 {,} 704 + 0 {,} 0131 \ mathrm {i} & 0 {,} 614 \\ 0 {,} 442 + 0 {,} 0248 \ mathrm {i} & -0 {,} 452 + 0 {,} 0166 \ mathrm {i} ja 0 {,} 774 \ end {pmatrix}} \\ \\\ mathbf {U} _ {\ mathrm {IH}} = {\ begin {pmatrix} 0 {,} 822 & 0 {,} 547 & -0 {,} 150 + 0 {,} 0429 \ mathrm {i } \\ - 0 {,} 354 +0 {,} 0224 \ mathrm {i} & 0 {,} 701 + 0 {,} 0149 \ mathrm {i} ja 0 {,} 618 \\ 0 {,} 444 + 0 {,} 0278 \ mathrm {i} & -0 {,} 456 + 0 {,} 0186 \ mathrm {i} ja 0 {,} 770 \ end {pmatrix}}. \ End {tasattu}}}$

Kokeet

tekniikat

• Cherenkov-vesikokeet: Nämä ilmaisimet soveltuvat korkeamman energian (yli 5 MeV) neutriinojen reaaliaikaiseen havaitsemiseen. Tšerenkovin säteily päässä neutriinoteleskooppi reaktio kumppaneiden havaitaan valoa anturit, ns Valomonistimet . Tähän tyyppiin kuuluu mm. Esimerkiksi japanilainen Super Kamiokande -ilmaisin, jossa on 50000 tonnia vettä ja yli 10000 valomonistinta, ja Kanadan SNO- ilmaisin, joka täytettiin 1000 tonnilla raskasta vettä (D ₂ O). Nämä kaksi ilmaisinta pystyivät havaitsemaan korkeamman energian neutriinot auringosta ja osoittivat, että neutriinovärähtelyjä tapahtuu.
• Tuikekokeet : Orgaanisilla nestetuikelaajilla täytetyt ilmaisimet soveltuvat neutriinojen havaitsemiseen pienillä energioilla. Kuten veden Cherenkov-ilmaisimien kohdalla, tiedot neutriinon energiasta ja neutriinoreaktion tarkka aika saadaan tuikevalon signaalista. Suuria tuikeantureita ovat mm. B. Borexino- ilmaisin, aurinko-neutriinikokeilu Italiassa tai KamLAND-ilmaisin, reaktorin neutriinikokeilu Japanissa. Reaktorikokeissa nestetuikeaine ladataan usein lisäksi metallilla, kuten gadoliniumilla , neutriinotunnistuksen tehostamiseksi . Esimerkkejä ovat Double Chooz (Ranska), RENO (Etelä-Korea) ja Daya Bay (Kiina).
• Radiokemialliset kokeet, kuten Homestake-koe, mittaavat elektronineutriinien virtausta pidemmällä aikavälillä. Tällaisissa kokeissa hyödynnetään sitä tosiasiaa, että beetan hajoaminen voidaan kääntää sieppaamalla neutriinoja. Esimerkiksi muuntaa ⁷¹ Ga : n sieppaamalla elektronin neutriinot ⁷¹ Ge : ssä elektronien emissiosta alle. Kuten entisessä GALLEX- kokeessa Gran Sassossa (myöhemmin GNO), nämä yksittäiset atomit voidaan sitten erottaa kemiallisesti detektorista ja havaita hajoamisen avulla.
• Jalokaasukokeet: Tässä neutriinoreaktio osoitetaan nestemäisessä jalokaasussa alhaisissa lämpötiloissa. Esimerkki tämän tyyppisistä ilmaisimista on ICARUS- ilmaisin, jota, kuten GALLEX tai Borexino, käytettiin LNGS: n maanalaisessa laboratoriossa Italiassa. ICARUS: ssa argonia käytetään jalokaasuna . Sellaiset suuren massan nestemäiset jalokaasuilmaisimet, joissa on argonia tai ksenonia detektorimateriaalina, soveltuvat myös muiden heikosti vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten, kuten pimeän aineen ehdokkaiden, etsimiseen .
• Muita lähestymistapoja on noudatettu esimerkiksi OPERA: ssa (tau-neutriinon ulkonäön suora havaitseminen) tai MINOS- ilmaisimessa.

Solar-neutriinokokeet

Kuten edellä on kuvattu, ensimmäinen kokeellinen näyttö neutriinovärähtelyistä tuli aurinko-neutriinotutkimuksen alalta. Sen jälkeen, kun tulokset gallium kokeiden GALLEX (LNG-säiliöalukset, Italia) ja salvia (Baksan, Venäjä), aurinko elektroni-neutriino alijäämä ei enää voida selittää pelkästään mukautuksia aurinkokennomalli. Viimeistään SNO-kokeiden (Sudbury Neutrino Observatory) (Kanada) tulosten avulla voidaan todistaa, että alijäämä johtuu elektronineutriinien muuntumisesta muun tyyppisiksi neutriineiksi. Auringon neutriinokokeet ovat erityisen herkkiä yhdelle kolmesta sekoituskulmasta (s ₁₂ ), samoin kuin läheisempien etäisyyksien massaominaisvaltioiden väliseen eroon. Siksi puhutaan "auringon sekoituskulmasta" tai "auringon sekoittumisparametreista".

Ilmakehän neutriinikokeet

Toinen luonnollinen neutriinojen lähde on maapallomme ilmakehä. Kosmisten säteiden vuorovaikutus ilmakehämme ylempien kerrosten kanssa luo muun muassa hiukkassuihkut. myös neutriinot. Vertaamalla neutrinoiden virtausta, jotka syntyvät suoraan ilmaisimen yläpuolella olevassa ilmakehässä, ja niitä, jotka syntyivät maan vastakkaisella puolella, Superkamiokande-kokeilu (Japani) pystyi osoittamaan, että neutriinot värähtelevät. Ilmakehän neutriinikokeet ovat ensisijaisesti herkkiä sekoituskulmalle s ₂₃ ja kauempana toisistaan ​​olevien massan ominaisten valtioiden väliselle erolle. Tässä puhutaan "ilmakehän sekoitusparametreista".

Reaktorikokeet

Neutriinojen luonnollisten lähteiden lisäksi on myös keinotekoisia. Vahvat neutriinolähteet ovat esim. B. Ydinreaktorit. Värähtelyt havaittiin myös siellä syntyneillä neutriinoilla. KamLAND-kokeilu (Japani) vaikutti merkittävästi auringon sekoittumisparametrien tarkempaan määrittämiseen. Kolmas, pitkään täysin tuntematon, neutriinien sekoituskulma s ₁₃ määritettiin vuosina 2011 ja 2012 reaktorin neutriinikokeilla Double Chooz (Ranska), RENO (Etelä-Korea) ja Daya Bay (Kiina). Tämä sekoituskulma on perustavanlaatuinen tulevissa kokeissa, joissa etsitään erityisiä CP-rikkomustapauksia, jotka ovat suoraan leptonien aiheuttamia.

Kiihdytinkokeet

Neutriinovärähtelyjä on havaittu myös kolmen maanosan hiukkaskiihdyttimissä. Nämä kiihdyttimet tuottavat suurella energialla neutriinoja, jotka havaitaan ilmaisimissa useiden 100 km: n päässä kaasupolkimesta. Nämä kokeet soveltuvat hyvin ilmakehän sekoitusparametrien tarkkaan mittaamiseen.

Tienraivaajakoe tällä alueella oli K2K-koe (Japani), jossa KEK: n tuottamat neutriinot havaittiin Super-Kamiokande-detektorissa. Sukupolven jälkeen osa elektroneutriineista havaittiin KEK: n lähietäisyysilmaisimessa ja siitä ennustettiin kuinka monta neutriinoa värähtelyllä tai ilman heilahtelua tulisi mitata Kamiokassa (nykyään Hida ) 250 km päässä . Vain 70% elektronin neutriinotapahtumista, jotka ennustettiin ilman värähtelyä, tapahtui siellä. Lisäksi havaittiin havaittujen neutriinojen energiaspektrin muutos, joka on ominaista neutriinovärähtelyille. Viimeaikaisia ​​kokeita tällä alueella ovat: MINOS ja T2K.

kirjallisuus

• Bogdan Povh , Klaus Rith , Christoph Scholz, Frank Zetsche: Hiukkaset ja ytimet. 8. painos, Springer, Berliini 2009
• Jennifer A. Thomas: Neutriinovärähtelyt - nykytila ​​ja tulevaisuuden suunnitelmat. World Scientific, Singapore 2008, ISBN 978-981-277-196-4 .

nettilinkit

• Fysiikan Nobel-palkinto 2002
• Fysiikan Nobel-palkinto 2015
• Neutriinomassa, sekoitus ja maunmuutos - partikkelitietoryhmä (PDG) (PDF-tiedosto; 18,3 Mt)
• OPERA havaitsee viidennen tau-neutriinonsa

Yksittäiset todisteet

1. ^ S. Eidelman et ai.: Particle Data Group - The Review of Particle Physics . In: Physics Letters B . 592, nro 1, 2004. Luku 15: Neutriinimassan, sekoittumisen ja maunmuutos (PDF; 466 kB) . Tarkistettu syyskuussa 2005.
2. ↑ Alexei Jurjewitsch Smirnow : Aurinko-neutriinot: värähtelyt tai ei-heilahtelut? Syyskuu 2016, arxiv : 1609.02386 .
3. ↑ Fogli et ai.: Neutriinimassojen, sekoitusten ja vaiheiden globaali analyysi: tulossa leptonisen CP-rikkomuksen aikakausiin. , 2012, arxiv : 1205.5254v3
4. ↑ MH Ahn et ai.: Neutriinovärähtelyn mittaus K2K-kokeella . In: Phys.Rev.D . 74, nro 072003, 2006. arxiv : hep-ex / 0606032 .