Cambio de sabor de neutrinos en vuelo

He leído este artículo:

https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/neutrinos/neutrino-types-and-neutrino-oscillations/velocity-differences-of-neutrinos/

https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino

https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino_oscillation

Especialmente donde dice que llegan tres tipos de masa de neutrinos:

Todos los neutrinos medidos de la supernova de 1987 llegaron a la Tierra con una diferencia de unos 10 segundos. Piense en un neutrino electrónico emitido por la supernova con una energía de 10 MeV (un MeV es un millón de eV [electron-voltios], o 1/1000 de GeV; lea aquí la definición de estos términos). Bueno, ese neutrino electrónico era una mezcla de neutrino-1, neutrino-2 y neutrino-3, ¡cada uno de los cuales viajaba con una velocidad ligeramente diferente! ¿Es esto algo que habríamos notado? No conocemos con precisión las masas de los neutrinos, pero supongamos que el neutrino-2 tiene una masa-energía de 0,01 eV (electrón-voltios; consulte la definición en este artículo) y el neutrino-1 tiene una masa-energía de 0,001 eV . Entonces sus dos velocidades, recordando que tienen la misma energía,

v1 – v2= c [ (m22 – m12) c4/ 2 E2 + … ] = 0.00000000000000000005 c

(Todas las ecuaciones son exactas y precisas al uno por ciento o mejor). Esa diferencia de velocidad significaría que la parte del neutrino-2 y la parte del neutrino-1 del neutrino-electrón original llegarían a la Tierra con una diferencia de milisegundos entre sí: una cantidad indetectable diferencia por una variedad de razones técnicas. (Tenga en cuenta que OPERA afirma que la diferencia entre las velocidades de los neutrinos y la velocidad de la luz es de una parte en 100 000, un efecto mucho, mucho mayor, aunque la medición implica neutrinos con una energía unos cientos de veces mayor que la de la supernova).

Y sobre la superposición aquí:

La oscilación de neutrinos surge de una mezcla entre el sabor y los estados propios de masa de los neutrinos. Es decir, los tres estados de neutrino que interactúan con los leptones cargados en interacciones débiles son cada uno una superposición diferente de los tres estados de neutrino de masa definida. Los neutrinos se crean en procesos débiles en sus estados propios de sabor [nb 1]. A medida que un neutrino se propaga por el espacio, las fases mecánicas cuánticas de los tres estados de masa avanzan a velocidades ligeramente diferentes debido a las ligeras diferencias en las masas de los neutrinos. Esto da como resultado una mezcla cambiante de estados de masa a medida que viaja el neutrino, pero una mezcla diferente de estados de masa corresponde a una mezcla diferente de estados de sabor. Entonces, un neutrino nacido como, digamos, un neutrino electrónico será una mezcla de neutrino electrónico, mu y tau después de viajar cierta distancia. Dado que la fase de la mecánica cuántica avanza de forma periódica, después de cierta distancia, el estado casi volverá a la mezcla original, y el neutrino volverá a ser principalmente neutrino electrónico. El contenido de sabor de electrones del neutrino continuará oscilando mientras el estado mecánico cuántico mantenga la coherencia. Dado que las diferencias de masa entre los sabores de los neutrinos son pequeñas en comparación con la longitud de coherencia larga de las oscilaciones de los neutrinos, este efecto cuántico microscópico se vuelve observable a distancias macroscópicas.

ahora lo que no entiendo es

  1. es que físicamente (clásicamente) tres neutrinos espacialmente separados están en vuelo, y llegan juntos (separados por solo un milisegundo), parece que no podemos observarlos de manera diferente a medida que llegan

  2. ¿O es que están en una superposición (según QM), por lo que espacialmente tienen una función de onda común, y en el punto de observación, la función de onda colapsa y se conocerá la masa y el tipo de sabor del neutrino (el que domina fuera) de los tres tal vez)?

Basado en los dos artículos, no está definido, porque uno de ellos dice que diferentes tipos de masas de neutrinos están en vuelo con diferentes velocidades, y llegan en un milisegundo y nuestro aparato no puede distinguirlos, luego el otro artículo dice que hay un solo neutrino en vuelo con una sola velocidad en una superposición de estados propios. Supongo que esos estados propios no pueden tener velocidades diferentes. ¿O puede una superposición de una partícula también significar que su velocidad y coordenadas espaciales, energía y masa son diferentes al mismo tiempo para los diferentes estados propios? En este caso, los diferentes estados propios se diferenciarían no solo por una característica (masa/sabor), sino también por la velocidad y la coordenada espacial.

Pregunta:

  1. ¿Es 1. o 2., entonces llegan tres neutrinos diferentes con diferentes velocidades (y no tenemos un aparato lo suficientemente bueno para distinguir) o solo un solo neutrino en una superposición con una sola velocidad?

Respuestas (2)

Escribí algunas palabras sobre los límites de resolución de tiempo en la detección de neutrinos en una publicación anterior , pero en el caso de los neutrinos de supernova, el problema no es técnico al final de la detección, tiene que ver con la generación de los neutrinos en el primer lugar.

El problema con la sincronización de los neutrinos de supernova es que los neutrinos son producidos por el proceso

pag norte + mi + + v mi
que ocurre durante el colapso del núcleo en el transcurso de varios milisegundos.

Entonces, aunque puede conocer los tiempos de finalización de la carrera con suficiente precisión, no conoce el tiempo de inicio relativo lo suficientemente bien como para sacar conclusiones.

Los neutrinos comienzan no como "electrinos" (definidos como la pareja de isospín del electrón), que es una superposición coherente de estados propios de masa. Si todos los neutrinos liberados por las desintegraciones beta tuvieran exactamente la misma velocidad, entonces las fases de los estados propios de masa cambiarían de manera predecible y las partículas llegarían en una superposición diferente pero aún coherente. Pero como su velocidad varía, en realidad llegan como una mezcla no coherente. Sería difícil notar la diferencia experimentalmente, incluso si pudieras detectar muinos y tauinos de baja energía mediante magia negra.

¿Puede decirme más sobre la mezcla no coherente? ¿Qué significa mezcla no coherente?
Las fases relativas son verdaderamente aleatorias o esencialmente impredecibles.
Por ejemplo, la luz no polarizada es una mezcla no coherente de dos polarizaciones ortogonales cualesquiera: horizontal y vertical, entrecruzada o LHC y RHC. Todos son equivalentes.