Отзыв оппонента 1 (Массивные нейтрино во внешних полях и в плотных средах)

отзывофициального оппонента о диссертации Тернова Алексея Игоревича«Массивные нейтрино во внешних полях и в плотных средах»,представленной на соискание ученой степени доктора физико­математических наук по специальности01.04.02 -теоретическая физикаНейтринная физика в настоящее время переживает период весьма бур­ного развития. Всплеск интереса к массивным нейтрино связан снедавнимэкспериментальным обнаружением нейтринных осцилляций. Наблюдениеосцилляций уверенно свидетельствует в пользу существования ненулевыхмасс нейтрино и наличия смешивания нейтринных ароматов.

Сегодня вомногих лабораториях ставятся эксперименты по определению абсолютныхзначений масс нейтрино, ведутся поиски электромагнитных взаимодействийнейтрино, а также двойного безнейтринного бета-распада. Эксперименталь­ное наблюдение этого процесса дало бы возможность окончательно ответитьна вопрос о том, какой частицей в действительности является нейтрино: ди­раковской или истинно нейтральной майорановской.Диссертация А.И. Тернова посвящена развитию теории электромагнит­ных и слабых взаимодействий массивных нейтрино в сильных электромаг­нитных полях с учетом влияния внешней среды. Основное внимание уделя­ется исследованию таких процессов с участием нейтрино, в которых влияниевнешнего поля и среды можно учесть точно (а не по теории возмущений).Такой подход позволяет провести рассмотрение нейтринных процессов в ус­ловиях чрезвычайно высоких значений напряженности поля, плотности сре­ды и энергии нейтрино.

Указанные условия могут оказаться вполне реаль­ными в астрофизике. В соответствии с современными представлениями, ней­трино играют ключевую роль во многих астрофизических процессах, приэтом распространение, излучение и поглощение нейтрино часто происходит вплотной среде и в присутствии сильных магнитных полей.Таким образом, исследования, проведенные в диссертации, являютсяактуальными и важными как с точки зрения развития квантовой теорииполя с учетом внешних условий и углубления теоретических представленийо нейтрино, так и в связи с различными астрофизическими приложениями.Диссертация А.И.

Тернова состоит из введения, семи глав, заключения,трех приложений и списка литературы изработы539наименований. Общий объем- 312 страниц, включая 35 рисунков.Глава1содержит обзор литературы по проблеме массы нейтрино, егоэлектромагнитных свойств, здесь также обсуждаются методы учета влияниявнешнего поля и конечной плотности вещества на нейтринные процессы.в главе2исследуются массовые операторы массивных дираковского имайорановского нейтрино в рамках теории электрослабых взаимодействийВаЙнберга-еалама-Глэшоу. Здесь получены общие выражения для однопет­левых массовых операторов нейтрино при точном учете влияния произволь­ного постоянного электромагнитного поля.На основе анализа радиационной поправки к массе нейтрино впервыеисследованазависимостьаномальногомагнитногомоментадираковскогонейтрино от напряженности внешнего поля и энергии частицы.

Аналогичныйанализ позволил установить, что у майорановского нейтрино, в согласии собщими принципами теории, отсутствуют магнитный и электрический ди­польные моменты, и его единственной диагональной электромагнитной ха­рактеристикой является анапольный (тороидный дипольный) момент.В этой же главе автором получены уравнения для волновых функциймассивных дираковского и майорановского нейтрино, взаимодействующих сотносительно слабым внешним полем. Данные уравнения представляют со­бой весьма интересный результат, поскольку, в отличие от известных обоб­щений уравнения Дирака (например, уравнения Дирака-Паули), они содер­жат взаимодействие анапольного момента нейтрино с внешним полем.В главе3рассматривается движение массивных дираковского и майо­рановского нейтрино во внешнем магнитном поле на основе полученных впредыдущей главе уравнений движения. Найдены волновые функции, собст­венные для соответствующих эффективных гамильтонианов и введенных ав­тором операторов поляризации.

Исследованы электромагнитное излучениеаномального магнитного момента дираковского нейтрино (спиновый светнейтрино в магнитном поле) и прецессия его спина в магнитном поле.Интересным проявлением электромагнитных свойств майорановскогонейтрино (его электромагнитное излучение во внешнем поле отсутствует)является его рассеяние в неоднородном магнитном поле. Данный эффект ианалогичный для дираковского нейтрино также рассмотрен в этой главе.

По­казано, что углы рассеяния массивных нейтрино растут с уменьшением энер­гии нейтрино и достигают максимальных значений в нерелятивистском пре­деле р«rnv'Кроме того нерелятивистские майорановские нейтрино рассеи­ваются на меньшие углы по сравнению с дираковскими-рассеяние в неод­нородном поле чувствительно к природе массы нейтрино. Важным результа­том является вывод о том, что магнитное поле большой напряженности вбли­зи некоторых астрофизических объектов может обладать фокусирующимисвойствами и действовать подобно «линзе» для нейтрино.В главе4проводится исследование влияния интенсивного внешнегополя на процесс распада нейтрино наW-бозон и электрон,а также на процессрождения электрон-позитронной пары нейтрино.

Эти процессы кинематиче­ски запрещены в вакууме. Показано, что наличие интенсивного внешнего по­ля приводит К разрешению этих процессов (обе реакции во внешнем поле ха­рактеризуются энергетическими порогами) и к большому росту их вероятно­стей в сильном внешнем поле и при высоких энергиях нейтрино.В главе5построена теория радиационного распада массивного дира­ковского нейтрино в вырожденной замагниченной электронной плазме врамках Стандартной модели со смешиванием нейтрино в области умеренныхзначений энергии распадающегося нейтрино (Е «2m е =1 МэВ).Таким обра­зом, здесь одновременно учитывается наличие сильного внешнего магнитно­го поля (Н > Но = 4,41'1013 Гс) И плотной среды (n ;: : : 1028_1030 см- 3 ).

Расчетпроводится с использованием временной функции Грина электрона, позво­ляющей точно учесть влияние среды и поля на вероятность процесса (форма­лизм реального времени). Показано, что наличие среды приводит к сущест­венному увеличению вероятности распада в магнитном поле как релятивист­ских, так и нерелятивистских нейтрино. Подчеркивается, что для проведениякорректного анализа явлений, происходящих в различных астрофизическихусловиях, принципиальноезначение приобретает необходимостьодновре­менного учета ВЛИЯНИЯ среды и интенсивного внешнего поля.Интересен вывод о том, что присутствие замагниченной среды с пара­метрами, характерными для внешней коры нейтронной звезды, может увели­чить примерно в 103 раз вероятность радиационного распада стерильных ре­ликтовых нейтрино с массами, равными нескольким кэВ, которые рассмат­риваются, как кандидаты на роль частиц, формирующих темную материю.В главе6разработана квантовая теория явления спинового света ней­трино в веществе(SLv).В результате электрослабого когерентного взаимо­действия нейтрино с частицами среды модифицируется его закон дисперсии:энергия нейтрино в среде зависит от ориентации его спина (от спиральностинейтрино).

Спиновый свет нейтрино в среде-это излучение фотонов, кото­рое происходит за счет аномального магнитного момента и сопровождаетсяквантовыми переходами нейтрино между состояниями с различными спи­ральностями в среде.В этой главе получены модифицированные уравнения Дирака для мас­сивных дираковского и майорановского нейтрино, распространяющихся вплотной среде в отсутствие внешнего поля и в предположении когерентноговзаимодействия нейтрино с частицами среды. Точное решение уравнения длядираковского нейтрино положено в основу построения квантовой теорииспинового света.

Рассчитаны вероятность и мощность излучения. Показано,что излучение релятивистских нейтрино в среде обладает циркулярной поля­ризацией, причем в случае высокой плотности среды поляризация становитсяполной. Это свойство представляется особенно важным, поскольку оно мо­жет служить основой для экспериментальной идентификации спинового све­та нейтрино.Произведен последовательный учет влияния электронной плазмы (в ча­стности, нетривиального закона дисперсии для фотонов) на процесс спиново­го света нейтрино в среде. Проанализированы условия, при которых возмож­на реализация процесса спинового света нейтрино в астрофизике.В главечения-7диссертации предсказан новый тип электромагнитного излу­спиновый свет электрона в среде(SLe),построена квантовая теорияэтого явления. Исследовано также явление спинового света, сопровождаю­щего радиационные переходы между различными массовыми состоянияминейтрино в среде (спиново-световая мода в радиационном распаде массивно­го нейтрино).

В случае распада релятивистского нейтрино в плотной среде(при практически равных массах начального и конечного нейтрино) вероят­ность данного процесса переходит в вероятность спинового света нейтрино(глава6),плотностиа в случае распада нерелятивистского нейтрино в среде низкой-в известное в литературе выражение для вероятности радиаци­онного распада массивного нейтрино в вакууме.В заключении сформулированы основные результаты диссертации.Диссертация представляет собой обширное и очень содержательное ис­следование, обосновывающее и развивающее важное научное направлениев теории элементарных частиц. Представленные в диссертации результатыявляются новыми, обоснованными и достоверными.

Научная новизна ре­зультатов подтверждается публикациями в ведущих российских и зарубеж­ных журналах, таких как«Physics Letters», «Physical Review»,«Физика эле­ментарных частиц и атомного ядра» и др. Результаты диссертации доклады­вались на международных и российских конференциях. Достоверность иобоснованность положений и выводов, сформулированных в диссертации,обусловлена использованием фундаментальных и строгих методов квантовойтеории поля, а также корректностью математических расчетов.

Некоторыерезультаты, полученные А.И. Терновым, были подтверждены в более позд­них исследованиях другими авторами.Основное содержание диссертации полностью изложено вработах, опубликованных соискателем, в том числе-в1930научныхстатьях в рецензи­руемых научных журналах. Автореферат диссертации правильно отражает еесодержание.В качестве замечаний можно отметить следующее. Проводя исследо­вание электромагнитных свойств нейтрино в гл.2и3,автор ограничиваетсярассмотрением только диагональных магнитных моментов. Было бы инте­ресно рассмотреть также недиагональные электромагнитные характеристикинейтрино (например, переходные магнитные моментыI,' которые при наличиисмешивания должны существовать как у дираковских, так и у майорановскихнейтрино.Необходимо отметить, что приведенные замечания никоим образом неснижают научной ценности результатов диссертации и изменяют общей вы­сокой оценки работы.

Это законченнЫЙ научный труд, который может ква­лифицироваться как новое научное достижение в физи·ке элементарных час­тиц и, конкретно, в физике нейтрино.Таким образом, диссертация «Массивные нейтрино во внешних поляхи в плотных средах» удовлетворяет всем критериям «Положения о присуж­дении ученых степенею>, утвержденного постановлением Правительства рфNQ 842от24сентября2013года, предъявляемым к диссерт-ациям на соиска­ние ученой степени доктора наук, а ее автор, Алексей Игоревич Тернов за­служивает присуждения ему ученой степени доктора физико-математическихнаук по специальности 01.04.02-теоретическая физика.Официальный оппопент,ведущий научный сотрудникотдела теоретической физики высоких энергийпИИЯФМГУ,доктор физико-математических наук, профессор.А.

АрбузовПодпись Б.А. Арбузова за~М(t:(t\~~tr1,,,,Директор НИИЯФ мrY, ПIUJ_СМ.И.llанасюк.--------119991, ГСП-l, Москва, Ленинские горы, дом 1, строение 2,Федеральное государственноебюджетное образовательноеучреждение высшегообразования «Московский государственнЫЙуниверситет имени М.В. Ломоносова»,Научно-исследовательскийинститут ядерной физики имени Д.В. Скобельцьrnа(НИИЯФ МГУ), Телефон: (495)Адрес электронной почты: шЬ939-28-75,zov@theory.sinp.msu.ru.