НЕЙТРИ́ННЫЕ ОСЦИЛЛЯ́ЦИИ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
НЕЙТРИ́ННЫЕ ОСЦИЛЛЯ́ЦИИ, периодический во времени или в пространстве процесс полного или частичного перехода одного типа нейтрино в другой (или другие), который возможен при наличии у нейтрино массы и смешивания. Смешивание означает, что нейтрино с определёнными лептонными числами (лептонными ароматами), участвующие в слабом взаимодействии, не имеют определённых масс, а являются линейными комбинациями состояний с определёнными массами и описываются матрицей смешивания, которая для 3 типов нейтрино задаётся 3 углами смешивания и комплексной фазой, определяющей степень нарушения зарядовой чётности.
Впервые возможность Н. о. была рассмотрена Б. М. Понтекорво в 1957 по аналогии с осцилляциями мезонов $\text K^0↔{\tilde {\text K}}^0$. Понтекорво обсуждал возможность перехода между нейтрино и антинейтрино, поскольку тогда ещё не было известно, что существуют нейтрино 3 типов (ароматов): электронные $ν_е$, мюонные $ν_μ$ и тау-нейтрино $ν_τ$. В 1962 япон. физики Д. Маки, М. Накагава и С. Саката рассмотрели осцилляции нейтрино разных ароматов: $ν_e↔ν_μ$.
Из-за различия в массах волновые пакеты разных нейтрино имеют разные фазовые скорости и, следовательно, разность фаз между ними изменяется. Монотонный во времени рост разности фаз приводит к Н. о., т. е. в первоначально чистом пучке нейтрино, напр. $ν_e$, появляется примесь нейтрино др. типа. В случае осцилляций нейтрино двух типов вероятность обнаружить нейтрино нового типа на расстоянии $x$ от точки рождения равна:$$P_{v_e \leftrightarrow v_m} = \text{sin}^2 2\theta \:\text{sin}^2 \biggl( \frac {1,27 \Delta m^2x}{ℰ _v}\biggr),$$
где $θ$ – угол смешивания, $\Delta m^2=m_1^2-m_2^2$ - разность квадратов масс нейтрино – параметр, определяющий амплитуду и частоту осцилляций, $ℰ_v$ – энергия нейтрино. Эффект Н. о. проявляется либо в исчезновении части первоначального потока частиц, либо в появлении нейтрино иного типа, который отсутствовал в первоначальном потоке.
Вещество, через которое проходит поток нейтрино, может существенно изменить картину Н. о. В 1978 Л. Вольфенштейн (США) рассмотрел влияние на эволюцию осциллирующих нейтрино среды постоянной плотности. В 1985 С. П. Михеев и А. Ю. Смирнов теоретически показали, что в среде с переменной плотностью при определённых условиях происходит т. н. резонансная конверсия нейтрино – непрерывный и монотонный переход нейтрино одного типа в другой. Такое явление происходит при распространении нейтрино внутри Солнца или при вспышке сверхновой звезды (см. Нейтринная астрономия).
Экспериментально Н. о. были обнаружены при исследовании потоков атмосферных нейтрино на детекторе Super-Kamiokande (Япония), где наблюдался дефицит мюонных нейтрино. Он был объяснён как проявление переходов $ν_μ↔ν_τ$. Многочисл. эксперименты с солнечными нейтрино также привели к однозначному заключению, что дефицит электронных нейтрино, обнаруженный в этих экспериментах, объясняется переходами $ν_e↔ν_μ$ при прохождении через солнечное вещество. Позднее оба эти результата были подтверждены в экспериментах с искусств. источниками нейтрино, созданными на ускорителях и в атомных реакторах.