Автореферат (Нейтрино в движущихся замагниченных средах и новые астрофизические эффекты)

на правах рукописиТокарев Илья ВладимировичНейтрино в движущихся замагниченных средах иновые астрофизические эффектыСпециальность 01.04.02 – теоретическая физикаАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква2014Работа выполнена на кафедре теоретической физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.Научный руководитель:Студеникин Александр Иванович,доктор физико-математических наук,профессорОфициальные оппоненты: Семикоз Виктор Борисович,доктор физико-математических наук,заведующий теоретическим отделомИнститута земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имениН. В. Пушкова Российской академии наукТернов Алексей Игоревич,кандидат физико-математических наук,доцент, заместитель заведующего кафедрой теоретической физики Московскогофизико-технического институтаВедущая организация:Институт ядерных исследованийРоссийской академии наукЗащита диссертации состоится “”2014 года вчас.мин.на заседании диссертационного совета Д 501.002.10 при Московском государственном университете имени М.В.

Ломоносова по адресу: 119991, Москва,Ленинские горы, д. 1, стр. 2, физический факультет МГУ, аудитория “”.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке и на сайтеМосковского государственного университета имени М.В. Ломоносоваwww.phys.msu.ru.Автореферат разослан “”Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.10,доктор физико-математических наук,профессор2014 г.П.А. ПоляковОбщая характеристика работыДиссертация посвящена описанию распространения и осцилляций нейтрино во внешних электромагнитных полях и плотных движущихся средах, атакже предсказанию новых астрофизических эффектов и явлений.Актуальность темы исследованияОбнаружение бозона Хиггса в экспериментах ATLAS и CMS на Большомадронном коллайдере является одним из наиболее значимых фактов, подтверждающих состоятельность Стандартной модели физики элементарныхчастиц. Однако, данная модель, неоднократно подтверждающаяся в экспериментах с очень высокой точностью, требует последующего развития и обобщения.

Поэтому поиск физики за пределами Стандартной модели, так называемой “новой физики”, представляется одной из главных целей экспериментальной и теоретической физики ближайших лет.Поскольку нейтрино является единственной частицей, входящей в структуру Стандартной модели и демонстрирующей свойства за ее пределами, тоименно физика нейтрино представляется наиболее перспективным направлением развития фундаментальной физики и источником “новой физики”. Помимо явления осцилляций нейтрино, которое уже наблюдается в экспериментальных установках, еще одним прорывным направлением в физике нейтриноможет стать изучение нарушения CP-инвариантности на основе данных нейтринных экспериментов.

Это стало возможным благодаря недавним даннымо величине угла смешивания 13 .Благодаря своей высокой проникающей способности нейтрино являетсяэффективным инструментом изучения внутреннего строения звезд. Множество регистрируемых солнечных нейтрино и нейтринный сигнал от сверхновой SN1987A уже способствовали развитию знания о природе данных астрофизических объектов. В настоящий момент ведутся активные поиски новыхастрофизических источников нейтринного излучения, а уже зарегистрированные детектором IceCube высокоэнергетические нейтрино внеземного происхождения свидетельствуют о начале эры нейтринной астрономии.

В связис этим, новые знания о движении и осцилляциях нейтрино в экстремальныхвнешних условиях (сверхсильных магнитных полях и плотных средах), характерных для астрофизики, представляют значительный интерес.Степень разработанности темы исследованияФизика нейтрино является одной из наиболее интенсивно развивающихсяобластей фундаментальной физики. В этой области уже получено множество3теоретических результатов и экспериментальных данных. В частности, в области описания распространения и осцилляций нейтрино во внешних электромагнитных полях и плотных движущихся средах создан значительныйзадел.

Осцилляции нейтрино не только хорошо описаны теоретическими моделями, но и активно изучаются на экспериментальных установках по всему миру. Имеются данные по всем характеристикам осцилляций и открытавозможность изучения нарушения CP-инвариантности на основе данных нейтринных осцилляционных экспериментов. На основе метода точных решенийполучен ряд новых решений уравнений Дирака, описывающих движение нейтрино в экстремальных внешних условиях, и предсказаны новые процессывзаимодействия нейтрино в астрофизических условиях.При этом, физика нейтрино в настоящий момент остается одной из наиболее загадочных областей фундаментальной физики.

До сих пор неизвестна природа флейворных осцилляций нейтрино. Не определена масса нейтрино, являющаяся основной характеристикой элементарных частиц. Изучениеэлектромагнитных свойств нейтрино только начинает привлекать интерес исследователей. В связи с этим, в области физики нейтрино существует рядпроблем, решение которых важно не только для данной области знаний, нои для фундаментальной науки в целом.Цели и задачи диссертационной работыЦелью диссертационной работы является теоретическое описание распространения и осцилляций нейтрино в экстремальных внешних условиях (всверхсильных магнитных полях и плотных движущихся средах) и предсказание новых астрофизических явлений и эффектов. Важным направлениемпроведенных исследований является изучение осцилляций нейтрино в движущихся средах.

Также диссертационная работа посвящена изучению распространения нейтрино, обладающего нетривиальными электромагнитнымисвойствами, в движущихся замагниченных средах. Эффективным инструментом исследований в данной области является метод точных решений квантовых уравнений Дирака, описывающих нейтрино в экстремальных внешнихусловиях.Научная новизна диссертационной работыНаучная новизна данной работы заключается в том, что:1) впервые описаны флейворные осцилляции нейтрино в среде, движущейся с постоянным ускорением; в адиабатическом приближении найденавероятность перехода электронного нейтрино в мюонное нейтрино и получено условие резонансного увеличение амплитуды осцилляций;42) на основе метода точных решений получен ряд новых решений уравнений Дирака, описывающих нейтрино с нетривиальными электромагнитными свойствами в экстремальных внешних условиях (во внешнемэлектромагнитном поле и плотной среде); в процессе построения решений были предложены два новых спиновых оператора;3) предсказан новый эффект пространственного разделения потоков релятивистских нейтрино по энергиям и типу нейтрино после прохождениясквозь вращающуюся замагниченную среду; определено значение пороговой энергии миллизаряженного нейтрино, при которой возникает эффект удержания нейтрино внутри нейтронных звезд;4) предсказан новый механизм электромагнитного излучения миллизаряженного нейтрино в плотной неоднородной движущейся замагниченнойсреде (“свет миллизаряженного нейтрино”) и определена интенсивностьизлучения;5) предсказан новый механизм изменения скорости вращения звезд за счетнейтринного излучения (“нейтринный механизм вращения звезд”) и получено аналитическое выражение для изменения угловой скорости вращения звезд за счет предложенного механизма; предсказанный механизм может быть использован для объяснения природы глитчей и “антиглитчей” пульсаров; также произведена оценка вклада данного механизма в динамику вращения сверхновых звезд, на основе которой получено новое наиболее строгое астрофизическое ограничение на миллизаряднейтрино.Теоретическая и практическая значимость диссертационнойработыТеоретическая и практическая ценность диссертации определяется тем,что развитая теория осцилляций нейтрино в среде, движущейся с ускорением, представляет интерес для анализа экспериментальных данных нейтринных экспериментов по регистрации потоков нейтрино астрофизическогопроисхождения.

Найденные новые точные решения уравнений Дирака могутбыть использованы при расчетах различных процессов с участием нейтринов астрофизических условиях и последующем поиске эффектов “новой физики”. Новые предсказанные эффекты и явления в совокупности с современными экспериментальными данными по изучению астрофизических источниковнейтринного излучения могут быть использованы для изучения фундаментальных свойств нейтрино. В частности, анализ вклада нейтринного механизма вращения звезд в динамику вращения сверхновых звезд дает лучшееастрофизическое ограничение на миллизаряд нейтрино.5Положения, выносимые на защиту1) Вероятность и условие резонансного усиления флейворных осцилляцийнейтрино в неполяризованной релятивистской среде, движущейся с ускорением. Нерелятивистский предел соответствующих выражений.