Si la masa del neutrino no es cero, ¿por qué no podemos encontrar neutrinos dextrógiros y antineutrinos dextrógiros?

Estoy aprendiendo la Introducción de la teoría cuántica de campos de P&S. Mi maestro dijo que si la masa del neutrino es exactamente 0, entonces no deberíamos observar neutrinos dextrógiros ni antineutrinos dextrógiros según la teoría de Weyl. Es porque

( i γ m ∂ m − metro ) ψ = ( − metro i ( ∂ 0 + σ → ⋅ ∇ → ) i ( ∂ 0 − σ → ⋅ ∇ → ) − metro ) ( ψ L ψ R ) = 0.

Si ponemos m=0, entonces tendremos:

i ( ∂ 0 − σ → ⋅ ∇ → ) ψ L = 0 ; i ( ∂ 0 + σ → ⋅ ∇ → ) ψ R = 0.

Y si estas fórmulas pueden describir neutrinos, debemos concluir que hay dos tipos de neutrinos.

Mis confusiones son:

  1. Se sabe que la masa de un neutrino no es 0, por lo que hay posibilidades (dependiendo de la masa) de encontrar neutrinos dextrógiros y antineutrinos dextrógiros. Pero no lo hacemos.

  2. Si acepto que solo existen estos dos tipos de neutrinos (anti-neutrinos dextrógiros y neutrinos dextrógiros), esta propiedad de los neutrinos causa la violación de la paridad, por lo que la violación de la paridad debe relacionarse con el momento angular y, por lo tanto, con el espacio del espinor. ¿Estoy escribiendo?

  3. ¿Hay alguna razón por la cual el neutrino es tan extraño que tiene masa pero aún tiene helicidad + O - 1? Esto va en contra de lo que he aprendido de que solo cuando una partícula se mueve a la velocidad de la luz puede alinearse su giro con su impulso.

Estoy seguro de que sabe que el consenso general entre la comunidad de físicos es que ahora se cree que los neutrinos tienen masa. en.wikipedia.org/wiki/Neutrino#Mass
Sí. Pero la masa es realmente pequeña en comparación con la escala de los neutrones. Por lo tanto, la teoría de Weyl sigue siendo una buena aproximación. Si podemos hacer experimentos a escala de neutrino y la masa restante del neutrino es de hecho 0, entonces podemos encontrar que la paridad se conserva.
La paridad no se conserva en la interacción débil, que fue claramente demostrada hace 60 años por Chien-Shiung Wu y su equipo. Y como dice el enlace de CountTo10, tenemos muy buena evidencia de que se produce una mezcla de sabores de neutrinos, y tal mezcla sería imposible si los neutrinos tuvieran masa en reposo cero. Claro, es un poco perturbador saber que P no se conserva, pero afortunadamente la simetría CPT parece ser fundamental. :)
@PM 2Ring He reiterado mis preguntas. ¿Podría por favor echar un vistazo?
Zhang, la masa de neutrinos varía. Googlealo _ Para un neutrino en vuelo, su masa es a veces cero y otras no cero.
@JohnDuffield Eso no es necesariamente cierto; depende de si el neutrino está en un estado propio de masa o en un estado propio de sabor.

Respuestas (2)

No observamos los neutrinos dextrógiros directamente porque, en una buena aproximación, solo los neutrinos dextrógiros interactúan con la fuerza débil, y la fuerza débil es el único mecanismo con el que hemos observado que interactúan los neutrinos. Hasta donde yo sé, los neutrinos diestros observados directamente requerirían observarlos interactuando a través de la gravedad. Apenas podemos detectar agujeros negros realmente masivos que chocan a través de ondas de gravedad, por lo que básicamente no hay esperanza allí, y no veo que podamos producir una masa de neutrinos estacionarios que podamos poner en una escala o alimentar un experimento tipo Cavendish .

Eso nos deja con caminos que ya estamos siguiendo: experimentos con haces de neutrinos (como MiniBooNE ), detectores de neutrinos (como Super-Kamiokande , SNO y IceCube ) y experimentos de "energía perdida" como los que se usaron para inferir la existencia de neutrinos. en primer lugar. Todos estos experimentos interactúan directamente solo con neutrinos zurdos e infieren la existencia de neutrinos zurdos a partir de las oscilaciones de neutrinos y (quizás algún día) una medición de la masa de neutrinos más allá de los límites superiores actuales de alrededor de 2 eV .

No pase por alto los experimentos de desintegración beta doble sin neutrinos. Si se observara el proceso, equivaldría a haber visto la fluctuación de un estado de Majorana de una mano a la otra, pero también establecería que la mano es materia o antimateria para los neutrinos.
@Sean Lake De sus palabras, ¿puedo concluir que debido a las oscilaciones podemos encontrar neutrinos de mano derecha y, por lo tanto, la masa de neutrino de mano izquierda? Pero ¿qué pasa con la violación de la paridad? Si de hecho hay neutrinos diestros, la paridad no se violará estrictamente a escala de neutrinos (incluso si hay pocas posibilidades de encontrar neutrinos diestros, pero después de todo los hay). ¿Significa eso que la violación de la paridad es un resultado estadístico? y no se puede mantener estrictamente para un solo caso? ¿Podría explicar más o proporcionar alguna referencia?
Confieso que no soy un experto, por lo que responder a sus preguntas requeriría que investigue tanto como usted. No conozco ninguna teoría en la que los neutrinos izquierdos y derechos tengan masas diferentes; que yo sepa, el modelo de neutrino predeterminado es Dirac, ya que Weyl no tiene masa y Majorana no se mezclan. La violación de la paridad es casi máxima por el hecho de que la fuerza débil solo interactúa con partículas zurdas.
Bueno ya veo. Gracias. Tal vez debería esperar un poco. :)
Los neutrinos zurdos se comportan de manera bastante diferente a los neutrinos diestros. Eso es violación de paridad.

Acerca de sus preguntas:

"Se sabe que la masa del neutrino no es 0, por lo que hay posibilidades (dependiendo de la masa) de encontrar neutrinos dextrógiros y antineutrinos dextrógiros. Pero no es así".

En realidad no. La forma en que lo escribiste asume que la masa es la llamada masa de Dirac. En ese caso, los neutrinos zurdos y dextrógiros estarían conectados a través del término de masa. Por lo tanto, se necesitarían tanto neutrinos zurdos como diestros. Sin embargo, también se puede tener un tipo diferente de término de masa llamado masa de Majorana , que no requiere el neutrino dextrógiro.

"Si acepto que solo existen estos dos tipos de neutrinos (antineutrinos dextrógiros y neutrinos dextrógiros), esta propiedad de los neutrinos provoca la violación de la paridad, por lo que la violación de la paridad debe relacionarse con el momento angular y, por lo tanto, con el espacio espinoral. yo [correcto]?"

La paridad, como probablemente sepa, es la transformación en la que algo se reemplaza por su imagen especular. Entonces, bajo paridad, una partícula levógira se reemplaza por una partícula levógira y viceversa. La violación de la paridad implica que la naturaleza no se comporta igual que su imagen especular. Sin embargo, esto no tiene nada que ver con el momento angular. En otras palabras, la violación de la paridad no significa que no se conserve el momento angular.

Para la interacción débil, se encontró que la paridad se viola al máximo. Esto se incorpora al modelo estándar en el sentido de que solo el neutrino zurdo se acopla a la fuerza débil. Entonces, el neutrino zurdo, junto con el electrón zurdo, forman un doblete débil, mientras que el electrón derecho es un singlete bajo la fuerza débil. Entonces, si hay un neutrino dextrógiro, entonces se cree que debería ser un singlete, de lo contrario, deberíamos haberlo visto producido a través de la fuerza débil en experimentos de alta energía.

Debido a esta diferencia en las transformaciones de los neutrinos zurdos y diestros bajo la interacción débil, uno no puede representar la masa de los neutrinos como una masa de Dirac, porque tal término de masa de Dirac rompería explícitamente la simetría de norma asociada con la interacción débil. . Por lo tanto, es necesario utilizar el término de masa de Majorana para representar la masa del neutrino en el modelo estándar.

"¿Hay alguna razón por la que los neutrinos son tan raros que tienen masa, pero aún tienen helicidad + o - 1? Esto va en contra de lo que he aprendido de que solo cuando una partícula se mueve a la velocidad de la luz puede alinearse su giro con su impulso ."

En primer lugar, ¿qué es la helicidad? Es la componente del espín a lo largo de la dirección del vector momento, independientemente de la masa de la partícula. Puede ser paralelo o antiparalelo al momento, que están representados por + 1 y − 1 , respectivamente. Entonces, una partícula con masa puede tener una helicidad de cualquiera + 1 y − 1 , siempre que no sea un escalar.

Pero ahora, ¿qué pasa con los neutrinos? Si siempre son zurdos, pero al mismo tiempo tienen masa, ¿no debería uno poder impulsar a un marco en el que los neutrinos están en reposo? Bueno, estrictamente hablando, la zurdera se refiere a la quiralidad y no a la helicidad. Estos dos no son exactamente lo mismo, porque no comparten estados propios. Como resultado, aunque los neutrinos tienen quiralidad zurda, aún pueden ser una mezcla de ambas helicidades. En general, los neutrinos siempre se observan como partículas de movimiento rápido (relativistas), por lo que la diferencia entre quiralidad y helicidad es muy pequeña.

Espero que estas respuestas respondan a sus preguntas.

Gracias. Para su segunda respuesta: ¿puedo concluir que si pudiéramos encontrar la misma cantidad de neutrinos de mano derecha e izquierda, entonces se conserva la paridad? Para su tercera respuesta: entiendo que la helicidad puede ser 1, pero si siempre debe ser 1, entonces debemos necesitar que la partícula no tenga masa, de lo contrario, siempre podemos impulsar la partícula en la dirección perpendicular para cambiar su helicidad.
No, incluso si hubiera tantos neutrinos dextrógiros como zurdos, se violaría la paridad, porque solo los neutrinos dextrógiros sienten la fuerza débil. Sí, si estamos en el marco de reposo de una partícula masiva, obviamente la helicidad ya no está bien definida. Entonces solo tenemos el giro de la partícula que no requiere el momento de la partícula.
Sí. Yo entiendo lo que dijiste. Pero para su primera oración, "No, incluso si hubiera tantos neutrinos de mano derecha como de mano izquierda, la paridad aún se violaría, porque solo los neutrinos de mano izquierda sienten la fuerza débil". ¿Hay alguna razón por la cual solo Los neutrinos zurdos sienten la fuerza débil, ¿alguna referencia?
La helicidad del neutrino es siempre +1. Por tanto, no podemos encontrar un marco de referencia en el que el neutrino esté en reposo. Esto contradice el hecho de que el neutrino tiene masa. ¿Cómo puedes explicar esto? Por cierto, ¿la masa de Majorana es una masa de inercia?
Creo que todavía es una pregunta abierta. De momento es simplemente un hecho experimental, pero no sabría dónde encontrar una referencia a esta evidencia experimental. Existen algunos modelos, como el de Pati-Salam, que intenta explicar esta violación de la paridad como resultado de un proceso de ruptura de simetría. No lo haga si se ha realizado un trabajo reciente sobre esto.
De cualquier manera, aun así gracias. Última pregunta: ¿la masa de Majorana es una masa de inercia?
Sí, la masa de Majorana aparecería como un parámetro de dimensión en el Lagrangiano, por lo que debería actuar como una masa inercial.
Si la masa del neutrino no es cero, ¿por qué no podemos encontrar neutrinos dextrógiros y antineutrinos dextrógiros?
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