Neutrinoer bliver mindre og mindre mystiske

Forfatterne til en undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgang D har vist, at kohærent neutrinospredning med kerner giver en ny måde at måle neutrinoladningsradierne på. Denne interaktion blev teoretisk forudsagt for mere end 40 år siden, men vanskeligheden ved at måle den meget lille nukleare rekyl hæmmede dens eksperimentelle observation indtil 2017 af det KOHERENTE eksperiment.

Brug af de KOHERENTE data, forfatterne til dette papir var i stand til at sætte grænser for neutrino ladningsradierne, og, for første gang, grænser for neutrinoovergangs ladningsradierne, som er mængder ud over standardmodellen for partikelfysik.

Man tror, ​​at neutrinoer er neutrale partikler, men i virkeligheden, de kunne have en meget lille elektrisk ladning, og det er meget sandsynligt, at de har ladningsradier. Ja, i standardmodellen, neutrinoer har meget små ladningsradier i størrelsesordenen 10 ⁻³³ kvadratcentimeter.

Indtil nu, neutrino ladningsradierne er blevet gennemsøgt i elastiske neutrino-elektron spredningsforsøg. Til lille energioverførsel, både standardmodeltværsnittet og virkningen af ​​neutrino-ladningsradierne i tilfælde af elastisk neutrino-elektron-spredning viser sig at være mindre med en faktor i størrelsen af ​​kernemassen divideret med elektronmassen med hensyn til coherent elastisk neutrinokerne spredning. Derfor, hvad angår dataindsamling, kohærente elastiske neutrino-kerne spredningsforsøg har et større potentiale for at undersøge neutrino ladningsradierne end målinger af neutrino-elektron spredning.

I den grundlæggende teori om elektromagnetiske neutrino -interaktioner, neutrino ladningsradierne er defineret for massive neutrinoer. Imidlertid, virkningerne af neutrino -svingninger kan negligeres ved forsøg med kort afstand mellem neutrino -kilden og detektoren, som i opsætningen af ​​det KOHERENTE eksperiment. I dette tilfælde, den effektive ladningsradius for en smagsneutrino er relevant, hvor "smag" betyder elektron, muon eller tau neutrinoer. Siden i den ultra-relativistiske grænse, ladningsformfaktoren bevarer neutrinoheliciteten som standardmodellen svage interaktioner, neutrino -ladningsradiusens bidrag til den elastiske spredning af neutrinoer med en ladet partikel tilføjer sammenhængende til standardmodellen svage interaktioner og kan udtrykkes gennem skiftet i den svage blandingsvinkel, også kendt som Weinberg -vinklen.

Denne recept tager hensyn til bidragene til neutrino -interaktioner mellem ladningsradierne for de tre smagsneutrinoer. Dette er de eneste ladningsradier, der findes i standardmodellen, fordi generationens leptontal bevares. Imidlertid, i teorier ud over standardmodellen, neutrinoer kan have overgangs ladningsradier, der ændrer neutrino smagen. For eksempel, i massive neutrino -teorier, ladningsradierne er defineret i massegrundlaget for de fysisk forplantende neutrinoer, så selv om matrixen for neutrino ladningsradierne er diagonal i massegrundlaget, overgangs ladningsradier genereres ved blandingen, et kvantemekanisk fænomen, der indebærer, at en neutrino, der er skabt med et specifikt leptonfamilienummer, senere kan måles til at have et andet leptonfamilienummer.

Forfatterne opnåede grænser for de diagonale ladningsradier og for overgangs ladningsradierne fra analyser af det tidsintegrerede COHERENT energispektrum og de tidsafhængige COHERENT data under hensyntagen til usikkerheden ved neutronfordelingerne i cæsium og jod (målmaterialet for eksperimentet), parameteriseret af den tilsvarende kernerot middelværdi kvadratiske radier. Forfatterne har vist, at tidsoplysningerne for de KOHERENTE data begrænser de tilladte intervaller for ladningsradierne, især muonneutrinoer, der viste sig at være i området −8 × 10 ⁻³² til 11 × 10 ⁻³² kvadratcentimeter ved et konfidensniveau på 90 procent.

Disse resultater viser lovende udsigter for nuværende og kommende neutrino-kerne spredningsforsøg.