Detección de neutrinos versus antineutrinos

Algunos métodos de detección solo detectan neutrinos, a diferencia de los antineutrinos. Por ejemplo, el experimento original del neutrino solar en la mina Homestake funcionó sobre la base de la reacción

Otros experimentos pueden detectar neutrinos a través de múltiples canales, algunos de los cuales (la dispersión elástica de un electrón, por ejemplo) son sensibles a ambos.$\nu,\overline\nu$y algunos de los cuales solo detectan uno.

Algunas reacciones más específicas de neutrino-antineutrino:

$\nu_e n \to p^+ e^-$

$\overline\nu_e p^+ \to n e^+$

$\nu_\mu n \to p^+ \mu^-$

$\overline\nu_\mu p^+ \to n \mu^+$

Lo más sencillo es observar la carga del leptón de estado final, al menos para una interacción de corriente cargada (intercambio de un W). Los leptones de carga negativa resultan de las interacciones de los neutrinos y los leptones de signo positivo resultan de las interacciones de los antineutrinos. Esto se debe a que el número de leptones se conserva. Al menos parece ser; hay algunas sutilezas relacionadas con la violación de la paridad en las interacciones débiles que en realidad enmascaran si la conservación del número de leptones es real o no. Pero para todos los propósitos prácticos actuales, el signo lepton del estado final le dice lo que necesita saber.

Sí, como muestra @voix en su lista parcial, los neutrinos van o bien a$e^-$o$\mu^-$(o$\tau^-$) y los antineutrinos van a las partículas positivas correspondientes (conservación del número de leptones).

En los experimentos de dispersión, también puede producirse cualquier número de hadrones dependiendo de la energía del haz. Debido a las interacciones débiles, los haces de neutrinos necesitan billones de neutrinos/antineutrinos que inciden en el detector para ver un número razonable de interacciones neutrino/antineutrinos por el final del experimento. De todos modos, los rayos por construcción son de un tipo de neutrino, por lo que es una verificación de consistencia. Los experimentos pueden asignar interacciones a neutrinos o antineutrinos dependiendo de la carga del leptón saliente. Las cargas de los leptones se encuentran a partir de la curvatura de las pistas en el campo magnético del montaje del experimento.

La única forma en que uno puede ver si un neutrino o antineutrino se produce en una interacción es a partir de la energía faltante, porque los neutrinos/antineutrinos interactúan muy débilmente y no pueden detectarse dentro del aparato. En eventos en los que se han medido todas las pistas cargadas, también se puede estimar la masa que falta, y se asigna un neutrino/antineutrino mediante un ajuste a una hipótesis, si la masa que falta es pequeña.

Un medio adicional de distinción entre los dos se conoce como resonancia de Glashow . El proceso ocurre cuando una alta energía ($E\sim6.3$PeV) el neutrino antielectrónico golpea un electrón en reposo en el experimento y crea un on-shell$W^-$bosón Dado que la Tierra (y casi todo lo que conocemos) solo está compuesta de materia y no de antimateria, este proceso solo debería ocurrir con antineutrinos.

El estado experimental de esto es que no se han visto, pero probablemente deberían haberlo hecho. IceCube en el polo sur ha visto neutrinos con energías de hasta$\sim2$PeV. Si bien el espectro ciertamente cae con la energía, el neutrino$+$La sección transversal de la materia aumenta significativamente en la resonancia de Glashow, aunque solo para$\bar\nu_e$. Actualmente hay cierta tensión en este resultado. Es posible que los neutrinos de alta energía desfavorezcan a los neutrinos antielectrónicos por alguna razón (hay varios procesos que conducen a este resultado, pero no me parecen muy motivados). Alternativamente, podría ser que simplemente no haya pasado ningún neutrino$E_{\rm cut}$por algún valor$2\lesssim(E_{\rm cut}/1{\rm\,PeV})\lesssim6.3$(mis colaboradores han estado trabajando en descripciones que involucran a ambos y yo he estado trabajando en el último). Por supuesto, ambos no están bien motivados y la respuesta más probable es una combinación de una fluctuación descendente en la resonancia y una fluctuación ascendente debajo de ella, o que IceCube se haya perdido algunos aspectos sistemáticos de su experimento.