Введение третьего электромагнитного диполя в физику нейтрино Кузнецов, Валентин Евгеньевич

Краткое описание

Кузнецов, Валентин Евгеньевич.
Введение третьего электромагнитного диполя в физику нейтрино : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.16. - Дубна, 1999. - 149 с. : ил.
Оглавление диссертациикандидат физико-математических наук Кузнецов, Валентин Евгеньевич
Оглавление
1 Введение ,
2 Теория нейтрино
2.1 Типы нейтрино
2.1.1 Дираковские нейтрино
2.1.2 Mайорановские нейтрино
2.2 Массы нейтрино
2.2.1 Массовые члены нейтрино
2.2.2 "See-Saw" механизм
2.3 Формализм нейтринных осциллящдо •
2.3.1 Осцилляции нейтрино в вакууме
2.3.2 Осцилляции нейтрино в веществе
2.4 Электромагнитные свойства нейтрино
2.5 Экспериментальные данные в физике нейтрино
2.5.1 Прямое измерение массы нейтрино
2.5.2 Эксперименты по поиску нарушения лептонного числа
2.5.3 Эксперименты по поиску нейтринных Осцилляций
2.5.4 Реакторные эксперименты
2.5.5 Ускорительные эксперименты
LSND:
KARMEN:
CHORUS
NOMAD:
2.5.6 Проблема атмосферных нейтрино
2.5.7 Проблема солнечных нейтрино
2.5.8 Общая интерпретация экспериментальных данных
3 Тороидный момент нейтрино _
3.1 История вопроса
3.2 Определение ТДМ нейтрино
3.3 Вычисление ТДМ нейтрино в рамках стандартной модели
3.4 Дипольные моменты нейтрино в рамках стандартной модели
4 ТДМ нейтрино и его физические приложения
4.1 Упругое рассеяние нейтрино на электронах
4.2 Переходное излучение нейтрино
4.3 ТДМ и осцилляции нейтрино
4.4 Дипольные моменты нейтрино в средах
5 Заключение
6 Приложения
6.1 К вопросу об анапольной и мультипольной параметризациях
6.1.1 Мультипольные явно ковариантные параметриза-
векторного тока частиц со спином ^
6.1.2 Мультипольные явно ковариантные параметризации
псевдовекторного тока частиц со спином |. О свойствах анаполя
6.1.3 Анаполь или Тороид
6.2 Правила Фейнмана для Майорановских частиц
6.2.1 Определение коэффициентов и в рамках
стандартной модели
6.3 Вычисление дисперсионных интегралов
6.4 Амплитуды и вклады в мнимые части тороидного форм-фактора нейтрино
6.5 К вопросу об электромагнитном токе Майорановского нейтрино
Список рисунков
1 Фейнмановские диаграммы, описывающие рассеяние нейтрино в веществе: слева ve^TN' или ve^Te рассеяния с обменом Z-бозоном, справа - vee рассеяние с обменом W-бозоном
2 Эффективные массы нейтрино как функции плотности Ne. В случае когда нет осцилляций, флейворные собственные состояния соответствуют штриховым линиям. В случае адиабатического МСВ-эффекта сплошные линии представляют поведение флейворных нейтрино (для деталей
см. текст)
3 Фейнмановские диаграммы, описывающие взаимодействие нейтрино с внешним электромагнитным полем, которое возможно только на петлевом уровне
4 Фейнмановские диаграммы, описывающие ßßiv и ßßov распады
Пределы на параметры тге -н- Щ осцилляций Am2 и sin2 (20) из реакторных экспериментов. Область справа от линий является запрещенной данными экспериментами. Заштрихованная область параметров соответствует разрешенным параметрам ие —> осцилляций поставленная экспериментом Kamiokande по изучению атмосферных нейтрино
6 Энергетическое распределение для LSND событий в диапазоне 20 < Ее < 60 MeV и событий с кореллированными фотонами от захвата нейтрона. Показано превышение данных над фоном (пунктирная линия) и ожидаемое распределение (сплошная линия) в предположении нейтринных осцилляций при больших Am2 [47]
7 Параметры Щ ££ осцилляций с 90% точностью достоверности: Е776 (пунктирная линия), KARMEN (штриховая линия), Bugey (штрих-пунктирная линия) и LSND (заштрихованная область [светлая для 90% уровня достоверности] и [темная для 99% уровня достоверности])
8 Топология ит N т~ + X взаимодействий в мишени детектора CHORUS
9 Топология ит + N —> т~ + X в поперечной плоскости к пучку нейтрино
10 Современные пределы на параметры осцилляций z/^ —У ит и соответствующие кривые будущих ускорительных экспериментов (SBL - "short-base line" эксперименты, LBL - "long-base line" эксперименты). Для сравнения приведены разрешенные области из данных по атмосферным нейтрино
11 Кандидат на распад очарованной частицы в детекторе NOMAD-STAR [55] по каналу ^ + N + D0 + тг+тг0 +
N, D® —»• К~ + 7г+, 7г° —>7 + 7
12 Угловое распределение для отношения R, измеренное КА-MIOKANDE детектором. Штриховая и пунктирная линии соответствуют гипотезе сушествования v^ —>■ ve и
Vu —> vT осцилляций
13 Поток солнечных нейтрино, предсказываемый Стандартной Солнечной Моделью (ССМ) на поверхности Земли, как функция энергии нейтрино. Показаны основные процессы: рр, 7 Be и 8В (см. текст) и менее важные вклады, идущие от реакцийр+е~+р —> 2Не+ие (pep), zHe+p —>• 4#е
+ е+ + ие (hep) и бета распады ядер в CNO цикле, 13iV150 и 17F. Монохроматические линии даны в единицах cm-2s-1, а спектры в единицах cmr2s~1MeV~l
14 Разрешенные области осцилляционных параметров (заштрихованные области) для объяснения дефицита солнечных нейтрино и соответствующие данные четырех экспериментов, см. обозначения на рисунке
15 Общее положение дел в осцилляционной физики нейтрино. Показаны четыре области параметров нейтринных осцилляций для объяснения проблемы солнечных и атмосферных нейтрино, а также области, предсказываемые различными теоретическими моделями (заштрихованные области). В направлении стрелок от соответствующих кривых показаны запрещенные области осцилляционных
параметров - Дш2 и sin2 2в
16 Простейшая модель ТДМ. Показана конфигурация тока, обладающего тороидным дипольным моментом. Линии на торе соответствуют току циркулирующему внутри тора
17 Фейнмановские диаграммы треугольного вида, отвечающие за ТДМ Майорановского нейтрино
18 Фейнмановские диаграммы поляризационного типа, ответственные за ТДМ Майорановского нейтрино
19 Фейнмановские треугольные диаграммы с ÍÍW промежуточным состоянием для тока частицы (слева) и античастицы (справа)
20 Поведение тороидных форм-факторов трех флейворных Майорановских нейтрино в области энергии 0 < q2/2rrí^ < 10~2
21 Фейнмановская диаграмма, дающая вклад в ширину процесса 7г —У evy при наличии у нейтрино магнитного и электрического дипольных моментов
22 Борновские вклады в сечение рассеяния v+e —у и+е. Третья диаграмма представляет собой вклад за счет радиационных поправок, вызванных ТДМ нейтрино и/или его магнитным моментом
7 7 Z
23 Поведение функций /1^2, и как функции энергии нейтрино, см. текст
24 Переходное излучение нейтрино на границе раздела двух сред (z = 0): v(pi) -)■ v(p2) + j(k)
25 Слева: энергетическое распределение переходного излучения ТДМ нейтрино в зависимости от энергии фотона. Справа: угловое распределение полной энергии переходного излучения как функция cos в
26 Полная энергия переходного излучения для перехода из среды , в вакуум, — 0, при энергии нейтрино равной
Ev = lMeV
27 Замкнутый контур в плоскости (р, а ■ rot В). Прямая линия показывает диапазон импульсов нейтрино, а точка соответствует условию геометрического резонанса для определенного импульса нейтрино
28 Мысленный эксперимент по проверке геометрического резонанса. Нейтрино, идущие от источника, проходят две магнитные системы, которые имеют равное значение поля и плотности. Тем самым в плоскости (rot В, р) мы имеем замкнутый контур, при прохождении которого возникает геометрический резонанс
Список таблиц
1 Модели нейтринных масс [14]. {mVe) - эффективные массы нейтрино
2 Мировые данные по определению т2е (вместе с указанными статистическими и систематическими ошибками). Предел на массу mVe соответствует 95 % уровню достоверности
3 Типичные параметры х,Е и Ат2 для различных источников нейтрино
4 Моды распадов г-, использованные для поиска осцил-ляций в детекторе NOMAD. BR - парциальные вероят-
ности различных мод распадов, е - чувствительность к данной моде распада тау после применения критериев отбора кандидатов. N* - число ожидаемых событий при смешивании sin2 26 = 5 х 10~3 для больших Ат2 и Nbkg — число ожидаемых фоновых событий. Использованная
статистика 1.1 х 106 v^CC событий
5 Сравнение отношений (уц/ре) потоков атмосферных нейтрино для различных экспериментов
6- Сравнение экспериментальных данных по измерению потоков солнечных нейтрино с тремя моделями Солнца. Для детектора KAMIOKANDE и соответствующих теоретических предсказаний единицами являются 106 sm_2s_1. Остальные данные приведены в единицах SNU (Solar Neutrino Unit, 1 SNU равен одному захвату нейтрино за секунду на 1036 атомов ядра). Первая ошибка представляет собой статистическую ошибку, а вторая - систематическую
7 С-, Р-, Т-свойства различных электромагнитных взаимодействий