Диссертация (1097698), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Нарядус исследованием влияния внешнего поля и среды на нейтринные процессы,имеющие место также и в вакууме, в диссертации рассматриваются и такиепроцессы с участием нейтрино, которые могут реализоваться только в присутствии внешних полей или плотной среды.Методология и методы исследованияНаиболее эффективным методом, используемым в диссертации при конкретных расчетах, является «метод точных решений». Применение данногометода предполагает использование точных решений релятивистских волновых уравнений (уравнения Дирака и его обобщений) во внешнем поле и всреде, а также точных пропагаторов и точных временных функций Грина(в рамках квантовой теории поля при конечной температуре и плотностивещества).
Указанный подход позволяет провести рассмотрение процессов вусловиях экстремально высоких значений напряженностей полей, плотностивнешней среды и энергий нейтрино.Степень разработанности темы исследованияДиссертация основана на исследованиях, проведенных в 1985–2014 годах.Необходимо отметить, что в разные годы степень разработанности темы исследований была разной.
Если в ранних работах (приблизительно до середины 80-х годов), в основном, рассматривалось взаимодействие нейтрино со слабыми электромагнитными полями, то сегодня уже можно говорить о сформировавшемся общем научном направлении, связанном с последовательным8изучением с единых позиций процессов с участием нейтрино высоких энергийв сильном внешнем поле и в плазме. Определенную роль в становлении данного направления сыграли наши работы 1985–89 годов, в которых впервыебыло рассмотрено взаимодействие дираковского и майорановского нейтрино ссильными электромагнитными полями (результаты этих работ неоднократноподтверждались в более поздних исследованиях разными авторами).Научная новизна работы. Положения, выносимые на защиту1. Построена общая теория, описывающая взаимодействие дираковского имайорановского нейтрино с интенсивным внешним электромагнитным полемна основе расчета массовых операторов нейтрино во внешнем поле в рамкахСтандартной модели электрослабых взаимодействий.
Проведено исследование аномального магнитного момента дираковского нейтрино как функциинапряженности внешнего поля и энергии нейтрино. Получены уравнения дляволновых функций дираковского и майорановского нейтрино в слабом внешнем поле. Найдены точные решения этих уравнений в магнитном поле.2. Вычислена мощность электромагнитного излучения аномального магнитного момента дираковского нейтрино в постоянном магнитном поле («спиновый свет нейтрино в магнитном поле»).
Рассчитано характерное время переворота спиральности дираковского нейтрино в магнитном поле.3. Исследовано рассеяние массивных нейтрино в неоднородном магнитномполе. Показано, что поведение дираковского и майорановского нейтрино вультрарелятивистском пределе / ≫ 1 становится одинаковым. Отмечено,что сильные магнитные поля, существующие вблизи некоторых астрофизических объектов, могут обладать фокусирующими свойствами и действоватьподобно «линзе» для нейтринных потоков.4. Исследовано влияние интенсивного внешнего поля на процесс распада нейтрино на + -бозон и электрон ( → ) и на процесс рожденияэлектрон-позитронной пары нейтрино ( → + − ), запрещенные в вакуумезаконами сохранения энергии и импульса.
Вероятность последнего процесса( → + − ) анализируется как в случае относительно низких энергий начального нейтрино, когда справедливо контактное приближение теории, таки в области сверхвысоких энергий, когда существенно влияние промежуточ-9ного бозона. Показано, что наличие интенсивного внешнего поля может приводить к резкому возрастанию вероятностей даже запрещенных в вакуумепроцессов.5. Построена теория радиационного распада массивного дираковского нейтрино в вырожденной замагниченной электронной плазме в рамках Стандартной модели со смешиванием нейтрино в области умеренных значенийэнергии распадающегося нейтрино ≪ 2 .
Показано, что наличие средыприводит к существенному увеличению вероятности распада в магнитномполе как релятивистских, так и нерелятивистских нейтрино.Показано, что присутствие сильного магнитного поля с напряженностью ≳ 0 = 2 3 /ℏ = 4, 41 ⋅ 1013 Гс и вырожденного электронного газа с плотностью, характерной для внешней коры нейтронной звезды, может увеличитьв 103 раз вероятность распада стерильных реликтовых нейтрино с массами,равными нескольким кэВ, рассматриваемых в настоящее время в качествеодних из самых популярных кандидатов на роль частиц, формирующих темную материю.6.
Получены модифицированные уравнения Дирака для массивных дираковского и майорановского нейтрино, распространяющихся в движущихся иполяризованных средах, в предположении когерентного взаимодействия нейтрино с частицами среды (в отсутствие внешнего поля). Найдены точныерешения полученных уравнений.7. Построена квантовая теория явления спинового света нейтрино в веществе (Spin Light of neutrino, SL), обусловленного квантовыми переходаминейтрино между состояниями с различными спиральностями, сопровождающимися излучением фотонов. Получен энергетический спектр излучаемыхфотонов, и найдены выражения для вероятности и мощности излучения.Исследованы поляризационные свойства спинового света.
Показано, чтоизлучение релятивистских нейтрино в среде обладает циркулярной поляризацией, причем в случае высокой плотности среды поляризация достигает100%, т. е. становится полной.8. Произведен последовательный учет влияния электронной плазмы напроцесс спинового света нейтрино в среде. Подтверждено наличие энергетического порога процесса. Показано, что при учете дисперсии фотона для10релятивистского нейтрино, излучающего вдали от порога реакции, остаютсясправедливыми формулы (полученные без учета дисперсии фотона), описывающие интегральные вероятность и мощность, а также поляризационныехарактеристики излучения.Детально проанализированы условия, при которых возможна реализацияпроцесса спинового света нейтрино в астрофизике.
Показано, что основойдля экспериментальной идентификации спинового света нейтрино являетсясвойство циркулярной поляризации излучения.9. Предсказан новый тип электромагнитного излучения – спиновый светэлектрона в среде (Spin Light of electron, SL), обусловленный квантовымипереходами электрона между состояниями с различными спиральностями всреде, сопровождающимися излучением фотонов.
Построена квантовая теория этого явления. Показано, что при прочих равных условиях вероятностьспинового света электрона в среде должна значительно превышать вероятность спинового света нейтрино.10. Исследовано явление спинового света, возникающего при радиационном переходе между различными массовыми состояниями нейтрино в среде(спиново-световая мода в радиационном распаде массивного нейтрино, т.
е.1 → 2 + , 1 > 2 ). Получен энергетический спектр излучаемых фотонов,и найдена полная вероятность распада.Теоретическая и практическая значимость работыРезультаты диссертации представляют интерес для дальнейшего развития квантовой теории поля с учетом влияния внешних условий – сильныхвнешних полей и плотной среды. Развитые в диссертации методы расчета, вчастности, полученные уравнения, описывающие движение массивных нейтрино во внешнем поле и в среде, могут быть использованы (и уже используются) для решения различных конкретных задач в области физики элементарных частиц. Теоретические выводы и оценки, полученные в работе, могутпредставлять интерес для исследования различных процессов в астрофизикес участием нейтрино, в том числе, для анализа результатов астрофизическихнаблюдений. Часть результатов диссертации вошла в учебные пособия длястудентов университетов.11Степень достоверности и апробация результатов работыРезультаты диссертационной работы являются обоснованными и достоверными, поскольку их получение основано на строгих методах квантовойтеории поля, а также применении приближений, адекватных исследуемымявлениям.
Часть результатов диссертации была подтверждена в более поздних исследованиях другими авторами.Содержание различных разделов диссертации докладывалось на научныхсессиях ОЯФ АН СССР, РФ в 1984–1987 годах и в 2004 году; на международных Ломоносовских конференциях по физике элементарных частиц в2003 и 2005 годах; на международных семинарах по физике высоких энергий«КВАРКИ’2004», «КВАРКИ’2006»; на международных конференциях «Результаты и перспективы физики элементарных частиц» (Ла-Туиль, Италия,2005, 2007 и 2011 годы); на 6-й международной конференции по космомикрофизике «КОСМИОН-2004» (Москва–Париж, 2004 год), на 5-й международной конференции «Темная материя в астрофизике и физике элементарных частиц DARK–2004» (College Station, USA, 2004); на 6-й международнойконференции «Проблемы в астрофизике частиц» (Ханой, Вьетнам, 2006 год);на XII Рабочем совещании по физике спина при высоких энергиях «DSPIN07» (Дубна, 2007 год); на 9-й международной конференции «Квантовая теория поля под действием внешних условий QFEXT09» (Оклахома, США, 2009год); на XXIV Международной конференции по Нейтринной физике и Астрофизике (Афины, Греция, 2010 год).ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в 30 работах [126, 277,279, 280, 305, 309, 324, 364, 365, 397, 399, 400, 413–419, 421, 448, 471, 492, 527–533], втом числе: статьи в реферируемых журналах – 19, сборники трудов международных конференций – 9, депонированные рукописи – 2.Структура и объем диссертацииДиссертация содержит 312 страниц текста, включая 35 рисунков, и состоит из введения, семи глав, заключения, трех приложений и библиографии из539 наименований.Глава 1Введение1.1.
Масса нейтриноНейтрино – элементарная частица, существование которой было предсказано уже более 80 лет назад, остается и по сей день одним из самых интригующих и захватывающих объектов в физике элементарных частиц.История нейтрино началась 4 декабря 1930 года, когда на совещании группы специалистов по радиоактивности, собравшихся в Тюбингене, было зачитано письмо Вольфганга Паули, начинавшееся словами: «Дорогие радиоактивные дамы и господа...». Письмо содержало гипотезу о существовании новой частицы – нейтрино, которую Паули предлагал ввести для «спасения»законов сохранения энергии и момента количества движения в -распаде [1].Паули высказал предположение о том, что нейтрино – это электрически нейтральная частица со спином 1/2, имеющая, возможно, некоторый магнитныймомент .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
