Η ταλάντωση νετρίνων είναι ένα φαινόμενο κβαντικής φυσικής με το οποίο ένα νετρίνο που δημιουργείται με έναν συγκεκριμένο αριθμό οικογένειας λεπτονίου ("γεύση λεπτονίου": ηλεκτρόνιο, μιόνιο ή ταυ) μπορεί αργότερα να μετρηθεί ώστε να έχει διαφορετικό αριθμό οικογένειας λεπτονίου. Η πιθανότητα μέτρησης μιας συγκεκριμένης γεύσης για ένα νετρίνο κυμαίνεται περιοδικά μεταξύ 3 γνωστών καταστάσεων, καθώς διαδίδεται στο διάστημα.
Προβλέπεται για πρώτη φορά από τον Bruno Pontecorvo το 1957, ταλαντώσεις νετρίνων παρατηρούνται έκτοτε σε πλήθος πειραμάτων . Συγκεκριμένα, η ύπαρξη της ταλάντωσης νετρίνων έλυσε το μακροχρόνιο πρόβλημα των ηλιακών νετρίνων.
Η ταλάντωση του νετρίνου έχει μεγάλο θεωρητικό και πειραματικό ενδιαφέρον, καθώς οι ακριβείς ιδιότητες της διαδικασίας μπορούν να ρίξουν φως σε πολλές ιδιότητες του νετρίνου. Συγκεκριμένα, συνεπάγεται ότι το νετρίνο έχει μάζα μη μηδενική, η οποία απαιτεί τροποποίηση στο πρότυπο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής. Η πειραματική ανακάλυψη της ταλάντωσης των νετρίνων, και συνεπώς της μάζας των νετρίνων, από το Παρατηρητήριο Super-Kamiokande και τα Παρατηρητήρια Neutrino Sudbury αναγνωρίστηκε με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 2015.
Η ταλάντωση των νετρίνων προκύπτει από την ανάμειξη μεταξύ της γεύσης και της μάζας των ιδιοκαταστάσεων των νετρίνων. Δηλαδή, οι τρεις καταστάσεις νετρίνων που αλληλεπιδρούν με τα φορτισμένα λεπτόνια σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις είναι η καθεμία μια διαφορετική υπέρθεση των τριών καταστάσεων νετρίνων συγκεκριμένης μάζας. Τα νετρίνα εκπέμπονται και απορροφώνται σε ασθενείς διεργασίες στις ιδιοκαταστάσεις γεύσης τους αλλά ταξιδεύουν σαν ιδιοκαταστάσεις μάζας.
Οι πρώτες πειραματικές ενδείξεις της ταλάντωσης ενός νετρίνου ήταν οι μετρήσεις του αριθμου των ηλιακών νετρίνων.
Το αποτέλεσμα ηταν το λεγόμενο πρόβλημα ηλιακών νετρίνων μια και ο αριθμός τους ήταν μικρότερος απο τον αριθμό που προέβλεπε η θεωρία.
Για νετρίνα με μια ενέργεια μικρότερη απο 5 MeV η ταλάντωση πραγματοποιείται στο εσωτερικό του ήλιου λόγω του Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein φαινομένου.
Η ταλάντωση ενός νετρίνου οφείλεται στην διαφορά των ιδιοκαταστάσεων μάζας και γεύσης
Οι ιδιοκαταστάσεις μάζας \( \left|\nu _{i}\right\rangle \) και γεύσης \( \left|\nu _{\alpha }\right\rangle \) περιγράφονται σαν
\( \left|\nu _{i}\right\rangle =\sum _{\alpha }U_{\alpha i}\left|\nu _{\alpha }\right\rangle , \), κυματοδιάνυσμα της ιδιοκατάστασης μάζας ως γραμμικό άθροισμα των ιδιοκαταστάσεων γεύσης.
\( {\displaystyle \left|\nu _{\alpha }\right\rangle =\sum _{i}U_{\alpha i}^{*}\left|\nu _{i}\right\rangle ,} \) κυματοδιάνυσμα της ιδιοκατάστασης γεύσης ως γραμμικό άθροισμα των ιδιοκαταστάσεων μάζας.
\( U_{\alpha i} \) είναι η λεγόμενη Maki-Nakagawa-Sakata μήτρα ή MNS μήτρα ή μήτρα ανάμιξης νετρίνων ή PMNS μήτρα
\( {\displaystyle {\begin{aligned}U&={\begin{bmatrix}U_{e1}&U_{e2}&U_{e3}\\U_{\mu 1}&U_{\mu 2}&U_{\mu 3}\\U_{\tau 1}&U_{\tau 2}&U_{\tau 3}\end{bmatrix}}\\&={\begin{bmatrix}1&0&0\\0&c_{23}&s_{23}\\0&-s_{23}&c_{23}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}c_{13}&0&s_{13}e^{-i\delta }\\0&1&0\\-s_{13}e^{i\delta }&0&c_{13}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}c_{12}&s_{12}&0\\-s_{12}&c_{12}&0\\0&0&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}e^{i\alpha _{1}/2}&0&0\\0&e^{i\alpha _{2}/2}&0\\0&0&1\\\end{bmatrix}}\\&={\begin{bmatrix}c_{12}c_{13}&s_{12}c_{13}&s_{13}e^{-i\delta }\\-s_{12}c_{23}-c_{12}s_{23}s_{13}e^{i\delta }&c_{12}c_{23}-s_{12}s_{23}s_{13}e^{i\delta }&s_{23}c_{13}\\s_{12}s_{23}-c_{12}c_{23}s_{13}e^{i\delta }&-c_{12}s_{23}-s_{12}c_{23}s_{13}e^{i\delta }&c_{23}c_{13}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}e^{i\alpha _{1}/2}&0&0\\0&e^{i\alpha _{2}/2}&0\\0&0&1\\\end{bmatrix}},\end{aligned}}} \)
με s12 = sinθ12, c12 = cosθ12 κ.λ.π.
Οι παράμετροι α1 και α2 είναι μη μηδενικές για Majorana σωματίδια. Η παράμετρος δ εξαρτάται απο την παραβίαση της CP συμμετρίας
Η πιθανότητα ενα νετρίνο με γεύση α στο σημείο παραγωγής να εχει γεύση β σε μια απόσταση L (σημείο μέτρησης, ανίχνευσης ) είναι
\( {\displaystyle P_{\alpha \rightarrow \beta }=\left|\left\langle \left.\nu _{\beta }(L)\right|\nu _{\alpha }\right\rangle \right|^{2}=\left|\sum _{i}U_{\alpha i}^{*}U_{\beta i}e^{-i{\frac {m_{i}^{2}L}{2E}}}\right|^{2}.} \)
Πειραματικές τιμές των παραμέτρων
- sin2(2 θ13) = 0.093±0.008.[24] PDG συνδυαμός των Daya Bay, RENO, και Double Chooz πειραμάτων.
- sin2(2 θ12) = 0.846±0.021.[24] Αυτό αντιστοιχεί στο θsol (solar), από KamLand, και δεδομένα απο ηλιακές μετρήσεις, αντιδραστήρες καο επιταχυντές.
- sin2(2 θ23) > 0.92 at 90% confidence level, corresponding to θ23 ≡ θatm = 45±7.1° (atmospheric)[25]
- Δm221 ≡ Δm2sol = (7.53±0.18)×10−5 eV2[24]
- |Δm231| ≈ |Δm232| ≡ Δm2atm = (2.44±0.06)×10−3 eV2 (normal mass hierarchy)[24]
- δ, α1, α2, και το πρόσημο Δm232 είναι ακόμα απροσδιόριστα.
Hellenica World - Scientific Library
Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License
