Нейтринные осцилляции

Нейтри́нные осцилля́ции — 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 Бруно Понтекорво в 1957 году^[1].

Такааки Кадзита и Артур Макдональд получили Нобелевскую премию по физике 2015 года за экспериментальное подтверждение нейтринных осцилляций^[2][3][4].

Наличие нейтринных осцилляций важно для решения проблемы солнечных нейтрино.

Осцилляции в вакууме[править | править код]

Предполагается, что такие превращения — следствие наличия у нейтрино массы или (для случая превращений нейтрино↔антинейтрино) 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 — включения в общий лагранжиан массового члена и PMNS-матрицы смешивания нейтрино.

Вакуумные осцилляции обнаружены для атмосферных, реакторных и ускорительных нейтрино^{[источник не указан 3708 дней]}. 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 — Смирнова — 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[править | править код]

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 — Смирнова — Вольфенштейна и считается основной причиной экспериментально обнаруженного недостатка электронных нейтрино в потоке нейтрино от Солнца.

Эксперименты[править | править код]

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 атмосфере;
• реакторных антинейтрино (сцинтилляционный эксперимент KamLAND ^[6], Daya Bay^[7], Double Chooz, RENO);
• ускорительных нейтрино (эксперимент K2K (англ. KEK To Kamioka) наблюдал уменьшение количества мюонных нейтрино после прохождения 250 км в толще вещества^[8], эксперимент OPERA обнаружил в 2010 году осцилляции мюонных нейтрино в тау-нейтрино с последующим рождением тау-лептонов, T2K (англ. Tokai to Kamioka), MINOS);

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^[9][10][11].

См. также[править | править код]

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

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• Материалы по физике нейтрино на сайт НИИЯФ МГУ
• Биленький С. М. Массы, смешивание и осцилляции нейтрино (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2003. — Т. 173, вып. 11. — С. 1171—1186. — doi:10.3367/UFNr.0173.200311b.1171.
• Герштейн С. С., Кузнецов Е. П., Рябов В. А. Природа массы нейтрино и нейтринные осцилляции (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1997. — Т. 167, вып. 8. — С. 811-848. — doi:10.3367/UFNr.0167.199708b.0811.
• Куденко Ю. Г. Исследование нейтринных осцилляций в ускорительных экспериментах с длинной базой (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2011. — Т. 181, вып. 6. — С. 569—594. — doi:10.3367/UFNr.0181.201106a.0569.
• Куденко Ю. Г. Наблюдение осцилляций мюонных нейтрино в электронные нейтрино в эксперименте Т2К (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2013. — Т. 183, вып. 11. — С. 1225—1230. — doi:10.3367/UFNr.0183.201311d.1225.
• Юрий Куденко. Обнаружение нового типа осцилляций нейтрино  (неопр.). elementy.ru, «Троицкий вариант» №13(82) (5 июля 2011). Дата обращения: 18 января 2013.
  • Куденко Ю. Г. Осцилляции нейтрино: последние результаты и ближайшие перспективы (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2018. — Т. 188, вып. 8. — С. 821–830. — doi:10.3367/UFNr.2017.12.038271.
• Цукерман И. С. Осцилляции нейтрино и СРТ (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2005. — Т. 175, вып. 8. — С. 863–879. — doi:10.3367/UFNr.0175.200508e.0863.
• Bellini G., Ludhova L., Ranucci G., Villante F. L. Neutrino oscillations (англ.). — 2013. — arXiv:1310.7858.

В другом языковом разделе есть более полная статья Neutrino oscillation (англ.). Вы можете помочь проекту, расширив текущую статью с помощью перевода