¿Por qué no se descartan los neutrinos puramente de Dirac?

Es de conocimiento común que en los neutrinos pueden ser partículas de Dirac sin ninguna masa de Majorana dada una matriz de masa,

( v L v R ) ( 0 metro metro 0 ) ( v L v R )
Sin embargo, no puedo entender por qué este modelo no se ha descartado ahora solo considerando la cantidad de neutrinos que golpean nuestros detectores.

Para ver lo que quiero decir, tome el sol como ejemplo. Sabemos con precisión cuántos neutrinos salen del sol y sabemos que todos se producen a través de la interacción débil, por lo que todos los neutrinos que salen del sol son levógiros. Si la matriz de masa anterior es correcta, entonces los neutrinos comenzarían a oscilar con sus contrapartes diestras.

Por lo tanto, cuando detectamos neutrinos en la tierra (a través de un detector que solo detecta la interacción débil), solo la mitad de los neutrinos deberían ser zurdos y deberíamos ver la mitad de la señal que esperamos. Por supuesto, este no es el caso, ya que este modelo no está descartado. ¿Qué me estoy perdiendo?

El problema es que las partículas interactúan solo con la componente levógira del neutrino. Dado que las interacciones son la única forma de "ver" o medir partículas, independientemente de si los neutrinos son Dirac o Majorana, solo se puede medir el componente de la mano izquierda. Por lo tanto, no se puede descartar nada en base a estos datos.
@CosmasZachos ¿No es cierto que si creo un fermión de Dirac quiral puramente izquierdo, después de un tiempo será puramente quiral derecho? Esa es mi preocupación; ¿Por qué esto no afecta las observaciones? Lo hace para otras partículas, como se indica en la pregunta que vinculó.
El efecto está cubierto en Bernardini 2006 , y está asociado a/predicado sobre zitterbewegung, pero todos parecen estar de acuerdo en que es infinitesimal para las oscilaciones solares... Parecen estar buscando áreas donde podría significar algo. Parece estar asociado con detalles delicados de la forma del paquete de ondas del neutrino...
En resumen, el Zitterbewegung superpuesto al movimiento rectilíneo del paquete de ondas tiene una frecuencia ~ 2 m (ν) ~ 10 12 /seg para una masa de neutrino de 1 meV, por el bien del argumento. Sin embargo, la modulación de la oscilación es decididamente minúscula, corrigiendo la unidad por una parte insignificante de O ( ( metro v / metro W ) 2 ) .
@CosmasZachos ¡Sí, después de pensarlo más llegué a la misma conclusión! Ahora estoy bastante seguro de que la respuesta altamente votada a continuación, la respuesta recompensada y la respuesta aceptada son incorrectas.
@knzhou Si tuviera la paciencia que me falta, podría responder la pregunta "Relacionada" vinculada arriba ... el problema son las partículas de Dirac y su novela Zitterbewegung, y no las oscilaciones de paquetes de ondas básicamente "escalares" en esta página ...
Estoy bastante confundido con este tema. Las discusiones en otras dos respuestas de SE implican que Zittbewegung no existe (para las definiciones estándar de los operadores cinemáticos): physics.stackexchange.com/questions/19378/… physics.stackexchange.com/questions/28672/…
@Rococo ¡No hay Zittbewegung pero hay oscilaciones de quiralidad! No estoy seguro de cómo se relacionan los dos problemas. Siempre pienso en las oscilaciones de quiralidad de las ondas planas, en cuyo caso no hay Zittbewegung ya que la posición no está definida en absoluto.

Respuestas (3)

Los neutrinos interactúan en el Modelo Estándar solo a través de su componente zurdo, a través de interacciones electrodébiles. Sin embargo, los neutrinos que se propagan, que son estados propios de masa, están descritos por un campo que es un espinor de Dirac, es decir, con ambas quiralidades.

v = v L + v R .
Por lo tanto, cuando se crean o miden neutrinos, el espinor de Dirac se proyecta sobre su componente zurda.
v L = PAG L v = 1 − γ 5 2 v .
Esta proyección no reduce a la mitad el número de conteos, solo selecciona el componente interactivo de cada espinor de Dirac.

Se observa una reducción en el número de conteos cuando se toman en cuenta las oscilaciones entre sabores, y este es el efecto medido por los experimentos de oscilación.

Veo el punto del OP. Supongo que ingenuamente de QM piensas en una función de onda normalizada, v = 1 2 ( v L + v R ) dando un 1 2 en una probabilidad.
Gracias por la respuesta. La parte que me confundió no fue la producción de neutrinos, sino por qué no oscilaban en neutrinos dextrógiros, lo que puede ocurrir como se mencionó anteriormente por @innisfree. Creo que entiendo mejor por qué eso no sucede ahora como se explica en mi propia respuesta.

El punto es que no hay diferencia de masa entre los neutrinos zurdos y diestros. La masa solo se define para el campo completo. v = v L + v R . Por esta razón, creo que no es correcto usar la fórmula de probabilidad de oscilación para calcular las oscilaciones entre los neutrinos LH y RH.

Creo que ahora tengo una respuesta. Mi problema fue que asumí que la cantidad de neutrinos que oscilaban dependía únicamente de su nivel de mezcla. Con esa intuición, parece que los neutrinos deberían oscilar significativamente hacia sus contrapartes diestras. Sin embargo, hay más en la historia. Las oscilaciones también dependen de la diferencia de masas entre los estados propios de masa. Si los estados propios de masa son degenerados, no pueden producirse oscilaciones (todavía no tengo la intuición de por qué esto tiene que ser cierto...).

Para ver que este es el caso, simplemente podemos reciclar la conocida fórmula de oscilación de neutrinos. Para dos sabores tenemos la conocida fórmula,

PAG ( v L → v R ) = pecado 2 ⁡ 2 θ pecado 2 ⁡ Δ metro 2 L 4 mi
dónde θ es el ángulo de mezcla (lo que más buscaba PAG ( v L → v L ) es por supuesto solo 1 − PAG ( v L → v R ) en este sencillo caso.

La mezcla máxima (la situación anterior) corresponde al caso donde θ = 45 o y de hecho tenemos pecado 2 ⁡ θ = 1 , una mejora de la mezcla. Sin embargo, existe una segunda contribución que depende de la diferencia de masas entre los estados propios. Cuando esto es cero (como arriba). La probabilidad de oscilación también se vuelve cero.

Para tener una idea de cómo funciona esto, tracé la probabilidad de la matriz de masa,

( 1 X X y )
Esta es la matriz simétrica más general hasta la normalización. Tracé el resultado como una función de y (algo así como Δ metro − 1 ) y para diferentes X (algo así como la mezcla), ingrese la descripción de la imagen aquí

Vemos que en pequeño X (pequeña mezcla) y grande y (pequeña diferencia de masa) la probabilidad de oscilación se desvanece. Con esto, vemos que la cantidad de neutrinos medidos puede poner límites a los neutrinos pseudo-Dirac (unos con masas Majorana y Dirac) pero no a los neutrinos Dirac.

No creo que esta respuesta sea correcta. Si toma el argumento literalmente, básicamente implica que una masa de Dirac nunca cambia de quiralidad, pero esto es claramente falso, por ejemplo, para los electrones. El uso de la fórmula de oscilación de neutrinos es engañoso porque estamos superponiendo soluciones de frecuencia positiva y negativa a la ecuación de Dirac, es decir, la diferencia de frecuencias no es cero, sino 2 metro !
La verdadera respuesta es que los neutrinos son siempre ultrarrelativistas, y en este límite el ángulo de mezcla tiende a cero; esto también se llama 'supresión de helicidad'.
¿Por qué no se descartan los neutrinos puramente de Dirac?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v