Отзыв оппонента 1 (Нейтрино в движущихся замагниченных средах и новые астрофизические эффекты)

официального оппонента о диссертационной работе Токарева Ильи Владимировича «Нейтрино в движущихся замагниченных средах и новые астрофизические эффекты», представленной на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.02 — теоретическая физика. Диссертация посвящена описанию распространения и осцилляций нейтрино во внешних электромагнитных полях и плотных движущихся средах, а также предсказанию новых астрофизических эффектов в плотных звездах, обязанных слабому взаимодействию нейтрино с веществом.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы из 162 наименований, Объем диссертации - 111 страниц, включая 5 рисунков и 1 таблицу. Результаты диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе в 3 статьях в научных журналах из списка ВАК, Работы докладывались на 6 международных и общероссийских конференциях и на различных семинарах. В кратком введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту, описаны научная новизна, степень достоверности и апробация полученных результатов. По существу введением является первая глава диссертации, озаглавленная «Нейтрино: история и современный статус», где описаны этапы развития физики нейтрино, в частности, подробно описано явление нейтринных осцилляций и дано введение в электромагнитные свойства нейтрино.

В описании последних важное место уделено вакуумному милл изаряду нейтрино, обязанному отклонению от нулевого заряда в Стандартной Модели в известной формуле Гелл-Манна- Нисидзимы, Я=У!2 + Т3=-0, в которой в стандартном случае подставляется гиперзаряд У= -1 для левого дублета с верхней нейтринной компонентой, имеющей изоспиновую проекцию Т3 = 1/2. Теоретические модели с введением миллизаряда, в частности, предложенные в группе Волкаса (Австралия), проверяются в различных экспериментах, например, с реакторными антинейтрино, ограничением на электрическое поле у поверхности Земли, и т.д.

Давно известны ограничения на миллизаряд нейтрино из ограничения на электрический заряд нейтрона, ® < Зх10 2' е0, при условии его электронейтральности в бета распаде, условии невыполнимом в той же модели Волкаса именно для нейтрона. Поэтому нужны новые ограничения, чем и занимается автор данной работы. Соискатель И.В.Токарев уделяет этому вопросу значительное внимание в 3 и 4 главах диссертации, которые я нахожу особо интересными для астрофизических приложений. 2 глава, названная «Осцилляции нейтрино в среде с различными профилями плотности и скорости», содержит не вполне доказанные утверждения.

Обобщение МСВ формул на случай джетов или аккреции вещества на звезду, черную дыру, при релятивистском движении вещества с постоянной скоростью не вызывают сомнения, это Лоренц-преобразование плотности тока. Однако, случай ускоренного движения (формула ~2.53) диссертации) с неоднородностью плотности и неоднородностью скорости должен быть более обоснован. В основной главе 3 диссертации дается описание квантовых состояний миллизаряженного нейтрино с аномальным магнитным моментом в магнитном поле и плотной среде на основе метода точных решений модифицированных уравнений Дирака. Рассмотрен новый спиновый оператор, являющийся суперпозицией операторов поперечной и продольной поляризации нейтрино в среде с внешним магнитным полем. Новый оператор к оммутирует с гам ильтонианом. Это позволило получить спектр миллизаряженного нейтрино по типу уровней Ландау в магнитном поле, с учетом аномального магнитного момента и с явной зависимостью от собственных значений такого оператора спина, а также от всех характеристик среды: плотности и магнитного поля.

В частном случае безмассового нейтрино (и соответственно нулевого магнитного момента для дираковского нейтрино) найдена волновая функция и спектр миллизаряженного нейтрино во вращающейся среде с магнитным полем. Такой случай особенно интересен для астрофизических приложений, изучаемых в 4 главе диссертации. Рассматривается случай параллельных векторов угловой скорости вращения и магнитного поля. Идея захвата незаряженных нейтрино низких энергий (Е, < 10 эВ), в частности, реликтовых нейтрино в плотной нейтронной звезде с меняющейся ~по радиусу) плотностью среды, дп„!дг ФО, изучалась Лоебом на основании геометрической оптики с использованием показателя преломления для волнового пакета нейтрино.

По сути дела это квазиклассика с точками поворота на границе звезды и замкнутыми траекториями внутри звезды. В данной работе также используется квазиклассическое описание с введением эффективной силы Лоренца, действующей на заряженное нейтрино со стороны магнитного поля и слабого взаимодействия с вращающейся нейтронной материей. Радиус кривизны траектории обращается в бесконечность в случае покоящейся звезды и нулевого заряда нейтрино (в формуле (4.2)). Это означает, что найденный эффект захвата отличается от случая, рассмотренного Лоебом. Это скорее квантово-механический эффект в квазиклассическом приближении, найденный прямым вычислением палижя орбиты с использованием точных волновых функций — решений уравнения Дирака в заданных внешних полях.

Есть и другое отличие. В работах соискателя с соавторами захвачены как мягкие нейтрино, так и антинейтрино с энергиями менее 1 эВ в то время как у Лоеба (стандартный случай незаряженных нейтрино) этот захват возможен только для нейтрино, а антинейтрино выталкиваются из звезды. Ключевая формула (4.19) для силы, действующей на миллизаряженное нейтрино (антинейтрино) со стороны вращающейся среды и магнитного поля позволяет вычислить обратный эффект торможения (ускорения) вращения звезды за счет излучения энергичных нейтрино (антинейтрино) с искривленными траекториями. Круговые траектории обеспечены перпендикулярностью силы (4.19) к скорости самих нейтрино, не меняющей их энергии.

Предсказание разделения нейтринных траекторий по ароматам и по энергии является интересным результатом в диссертации, позволяющим интерпретировать не наблюдение нейтринных потоков от источников светового сигнала. Если речь идет о сверхновой 1987 года, то в этом событии были зарегистрированы как нейтрино, так и фотоны в нужной последовательности.

А если речь идет о нейтронных звездах с преимущественным остыванием за счет излучения нейтринных пар, то такой поток нейтрино и антинейтрино мал и, к сожалению, не наблюдаем для удаленных источников, в то время как понижение температуры поверхности отслеживается именно по световому сигналу. Объяснение не наблюдения нейтрино от остывающих нейтронных звезд, данное в данной работе, совершенно другое: нейтрино отклоняются от светового потока от того же источника на значительное расстояние, т.е., вообще не могут быть зарегистрированы.

Особенно интересен этот эффект расхождения траекторий для вращающихся звезд и слабого взаимодействия незаряженного (т.е..стандартного) нейтрино с вращающейся плотной нейтронной материей. Другое предсказание в той же 4 главе диссертации касается наблюдающихся скачков скорости вращения звезд.

Может ли эффект обратного действия потока нейтрино на вращающуюся нейтронную звезду объяснить наблюдения внезапного торможения (ускорения) вращения пульсаров, так называемые глитчи (антиглитчи) за счет излучения нейтрино? К сожалению, этот вопрос не может быть решен однозначно в рамках рассматриваемой модели. Имеется расхождение оценок, приведенных в диссертации, с тем, что следует ожидать в наблюдаемом явлении. Во-первых, завышена оценка потока нейтрино (антинейтрино) при подстановке числа Х,=10", отвечающего только начальному моменту излучения сверхновой звезды. Пульсар — это нейтронная звезда остаток сверхновой, остывающая излучением нейтринных пар по типу модифицированного урка-процесса в нуклон-нуклонных соударениях.

Тогда, во-первых, в модели автора за счет противоположных знаков миллизаряда для нейтрино и антинейтпино. т.е. Электромагнитное излучение миллизаряженного нейтрино незначительно даже для экстремальных условий сверхсильных маг нитных полей и быстровращающейся нейтронной материи. Если оценки вклада миллизаряда нейтрино в нейтринный механизм изменения скорости вращения звезды оказались бы верными, то найденное ограничение с1~ < 1.3 х 10" ев действительно является рекордным астрофизическим ограничением на миллизаряд нейтрино, и это основной результат диссертационной работы.

Соискатель ученой степени проделал большую работу, решая проблемы ранее неизученные в физике нейтрино, продемонстрировав владение методами теоретической физики, релятивистской квантовой механики в частности. Сделанные вьппе замечания касаются скорее приложений решенных задач, которые весьма трудны из-за сложности и погрешностей моделей самих астрофизических объектов. Автореферат полностью соответствует содержанию диссертации. Диссертационная работа Токарева Ильи Владимировича выполнена на высоком научном уровне, представляет собой законченную научно- квалификационную работу и удовлетворяет всем критериям «Положения о присуждении ученых степеней», утвержденного постановлением Правительства РФ от 24 сентября 2013 года № 842, предъявляемым к диссертациям на соискание ученой степени кандидата наук, а ее автор заслуживает присуждения ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.02 — теоретическая физика.

Официальный оппонент: Заведующий теоретическим отделом ИЗМИРАН, д.ф.-.м.н. В.Б. Семикоз Подпись В. ученый сек А.И. Рез уравновешивания соответствующих противоположных моментов сил, действующих на звезду, не будет глитчей? Во-вторых, энергетика остывающей за счет нейтринного излучения нейтронной звезды значительно ниже, чем во вспышке сверхновой, а число нейтринных пар много меньше числа Х„указанного в диссертации.

.