¿Los neutrinos solares realmente oscilan entre electrón, mu y tau?

Estaba leyendo sobre la historia del problema de los neutrinos solares y, por lo que puedo entender, los neutrinos supuestamente oscilan de una forma a otra, lo que explica por qué solo se detectó un tercio de la cantidad de neutrinos que se esperaba, cuando comenzaron las observaciones de neutrinos en la década de 1960.

El artículo de Wikipedia sobre el tema termina con esta declaración:

La evidencia convincente de la oscilación de neutrinos solares llegó en 2001 desde el Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO) en Canadá. Detectó todos los tipos de neutrinos provenientes del Sol y pudo distinguir entre los neutrinos electrónicos y los otros dos sabores (pero no pudo distinguir los sabores muon y tau), utilizando exclusivamente agua pesada como medio de detección. Después de un extenso análisis estadístico, se encontró que alrededor del 35% de los neutrinos solares que llegan son neutrinos electrónicos, y los demás son neutrinos muón o tau. El número total de neutrinos detectados concuerda bastante bien con las predicciones anteriores de la física nuclear, basadas en las reacciones de fusión dentro del Sol.

Pero por lo que puedo ver, nada de esto o cualquier otra cosa que haya leído parece dar ninguna prueba de que los neutrinos solares cambien de tipo mientras se dirigen a la Tierra. Parece que el sol solo emite alrededor de 1/3 de cada uno de los tres tipos.

¿O es que a la temperatura del núcleo solar solo se emiten neutrinos electrónicos, y luego oscilan (¿aleatoriamente?) de ese tipo a los demás y viceversa? Me gustaría un poco de claridad sobre esto.

Respuestas (2)

Lo que hay que entender es cómo etiquetamos los neutrinos por sabor en primer lugar.

Los neutrinos se crean y destruyen en reacciones que también involucran un leptón cargado (electrón, muón o tau). A nivel de vértice estos son

W ± → yo ± + v yo
y varias rotaciones. El sabor de un neutrino se define como coincidente con el del leptón cargado producido. (He descuidado Z → v + v ¯ reacciones aquí, pero están muy lejos de la cáscara en las energías disponibles en el núcleo del sol, por lo que no contribuyen).

Las reacciones en el sol son reacciones de fusión que no tienen suficiente exceso de energía para crear un leptón pesado, por lo que los neutrinos deben (por definición) ser de tipo electrónico.

Esta regla para los sabores de neutrinos se puede probar en un acelerador donde podemos generar haces de contenido de neutrinos conocido (porque podemos contar el número y el tipo de hadrones que se descomponen en leptones cargados), y cuando el haz se dirige a un detector muy cercano al número de interacciones de neutrinos de corriente cargada de cada sabor que detectamos concuerda con el contenido de sabor del haz.

Pero hay más, podemos predecir el espectro de energía de los neutrinos solares asumiendo que son de tipo electrónico, y ese es el espectro que detectamos. Por conservación de la energía, los neutrinos creados junto con los leptones pesados ​​(es decir, otros sabores) tendrían un espectro de energía diferente.

Ahora, la evidencia de que el marco teórico de oscilación que usamos es correcto es bastante diversa, pero algunas de las mejores evidencias de "un diagrama" provienen de KamLAND, donde representamos el flujo de antineutrinos de tipo electrónico de los reactores de potencia japoneses como un función de la energía observada y compararla con la esperada pecado ⁡ ( L mi ) comportamiento (adecuadamente enrevesado para tener en cuenta las diferentes distancias a los reactores). ingrese la descripción de la imagen aquí(imagen de http://kamland.lbl.gov/ ).

Divulgación completa: Fui miembro de la colaboración de KamLAND durante aproximadamente 4 años y me nombran como autor en el artículo del que se extrae esa figura.

Esta es una respuesta fascinante, pero no dice nada sobre la oscilación (a menos que lo haga por implicación y me lo perdí).
Dice dos cosas acerca de la oscilación. (1) Dice que no se da el caso de que el sol genere una mezcla de sabores. (2) Se da el caso de que nuestro marco teórico para la oscilación está bien demostrado mediante experimentos.
OK, me perdí eso en las primeras tres lecturas de tu respuesta. Gracias por todos los detalles y el gráfico.

http://en.wikipedia.org/wiki/CERN_Neutrinos_to_Gran_Sasso La oscilación del sabor de los neutrinos se ve facilitada por el paso a través de la materia. Viajan duro a la velocidad de la luz, pero no más rápido.

La fusión del núcleo solar emite dos neutrinos electrónicos/salida de helio. Mezclan sabores durante el paso a la superficie, viajando a través de nuestra atmósfera (una yarda de plomo al nivel del mar, masa/área) ya través de la roca. La ausencia de desintegración beta doble sin neutrinos observada valida que los neutrinos y los antineutrinos sean fermiones de Dirac distintos, en lugar de ser fermiones de Majorana idénticos.

Aquí hay una pregunta: ¿Es un neutrino electrónico un electrón sin su carga?

Para su poser: esa es una buena pregunta, y parece probable. El artículo de WP que cita es instructivo. Me pregunto por qué los neutrinos oscilarían en respuesta al paso a través de la materia, cuando supuestamente la única interacción que pueden experimentar es embestir directamente la materia; al no tener carga, ¿cómo podrían interactuar de otro modo? ¿Y qué detiene a un neutrino? ¿Solo hadrones?
@Cyberherbalist Neutrino también oscila en el vacío, aunque para el caso solar los sabores están completamente mezclados cuando dejan el sol. El efecto de la materia se debe solo a la dispersión coherente hacia adelante del sabor de los electrones (vale la pena leer physics.stackexchange.com/questions/89804/… ), que agrega un término adicional al hamiltoniano.
El neutrino electrónico tiene una masa diferente a la del electrón, por lo que no es solo un electrón sin carga. Además, los neutrinos siempre tienen una quiralidad levógira, lo que no es el caso de los electrones. Y además, los electrones y los neutriones eléctricos tienen diferentes isospín débiles. Por lo tanto, son partículas distintas con diferentes propiedades.
@Uncle Al: ¿Tiene un enlace a algún documento que discuta la desaprobación de que los neutrinos sean fermiones de Majorana?
@mpv En este punto, es prematuro afirmar que se ha demostrado que los neutrinos tienen naturaleza de Dirac, pero algunos datos preliminares parecen descartar la naturaleza de Majorana en un rango de masa teóricamente favorecido. Consulte arxiv.org/abs/1305.0056 . Pero compare con arxiv.org/abs/1108.4193 .
¿Los neutrinos solares realmente oscilan entre electrón, mu y tau?
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