Диссертация (1097698), страница 42
Текст из файла (страница 42)
= 1014 (6.115), иэнергии начальных нейтрино ≃ 1020 эВ. Положим также ≃ 2,9 ⋅ 10−11 (см. раздел 3.4.2). В результате получимSL, ≃ 1,0 ⋅ 1042 с = 3,1 ⋅ 1034 лет, SL , ≃ 1,3 ⋅ 1041 с = 4,0 ⋅ 1033 лет −соответственно для излучения нейтрино и антинейтрино. Как видно, времена жизни являются очень большими, и это может существенно затруднитьвозможное экспериментальное наблюдение явления SL в рассматриваемойнами среде.6.4.4.
Заключительные замечанияАнализ условий, необходимых для реализации процесса спинового света нейтрино, проведенный нами в предыдущих разделах, показывает, чтодля этого, как правило, требуется наличие нейтрино высоких и сверхвысоких энергий ( = 1 ТэВ−1 ПэВ и выше). Столь высокие энергии начальныхнейтрино, с одной стороны, дают возможность преодолеть энергетический порог реакции, а, с другой стороны, увеличивают вероятность спинового света(см. выше).Астрофизические источники нейтрино с такими энергиями, находятся,как правило, за пределами нашей Галактики [359, 360, 524]. Источникаминейтрино высоких энергий могут быть объекты, осуществляющие ускорениезаряженных частиц (например, протонов) от низких энергий до сверхвысоких.
Ускоренные протоны участвуют в - и -взаимодействиях, сопровождаемых рождением нейтрино (так называемые ускорительные или «bottomup» сценарии). К таким астрофизическим «ускорителям» относятся гаммавсплески ( max ≃ 1019 эВ), активные ядра галактик ( max ≃ 1018 эВ),а также остатки Сверхновых, сильно намагниченные нейтронные звезды(магнетары), микроквазары – двойные системы, включающие нейтроннуюзвезду и черную дыру ( max ≃ 1012 эВ = 1 ТэВ), галактические скопленияи другие.225Потоки нейтрино высоких энергий могут возникать и при распадах (илианнигиляции) гипотетических сверхмассивных частиц (-частиц), которые,как предполагается, образовались на ранних этапах эволюции Вселенной, носуществуют и в настоящее время (распадные или «top-down» сценарии).
Максимальная энергия нейтрино, рождающихся при таких распадах, зависит отмасс распадающихся частиц и может достигать max ≃ 1024 эВ [359,360,524].Наконец, следует упомянуть, что потоки нейтрино высоких энергий могут возникать также и при взаимодействии высокоэнергетичных космических лучей (в частности, протонов), рожденных в источниках любого типа, с фоном космического электромагнитного излучения.
При этом происходит фоторождение пионов, которые затем распадаются с образованиемнейтрино, и одновременно происходит обрезание спектра космических лучейв области энергий ≳ 1019 эВ (эффект Грейзена–Зацепина–Кузьмина, ГЗКэффект [525, 526]). Нейтрино, рождающиеся в данном процессе, принято называть космогенными нейтрино. Потоки космогенных нейтрино с энергиями(вплоть до max ≃ 1020 −1022 эВ) возникают, если источник протонов удаленна расстояние, превышающее ∼ 6 Мпк (характерная длина взаимодействияпротонов в данной реакции) [359, 524].Вернемся к рассмотрению астрофизических источников нейтрино высоких энергий.
С точки зрения возможной реализации спинового света нейтрино особый интерес вызывают галактические скопления (см. раздел 6.4.3).Выше уже говорилось о том, такие системы могут выступать в качестве«космических ускорителей» заряженных частиц. Предполагается [360], чтовнутри галактических скоплений могут удерживаться заряженные частицысверхвысоких энергий, причем характерные времена удержания могут даже превышать время жизни Вселенной. Частицы в галактических кластерахмогут ускоряться за счет разных механизмов: в нормальных галактиках в результате взрывов Сверхновых, в активных ядрах галактик, в cD-галактиках1) ,а также при слиянии галактик.
Ускоренные заряженные частицы не могутпокинуть пределов галактического скопления, и в результате оно становитсямощнейшим источником нейтрино и -квантов сверхвысоких энергий.Высокоэнергетичные нейтрино, постоянно рождающиеся внутри галакти1)Сверхгигантские линзообразные системы, являющиеся рекордными по светимости (масса ∼ 1013 ⊙ ,светимость ∼ 1045 эрг/с).226ческого кластера, могут взаимодействовать со средами самого различного типа, существующими внутри того же самого кластера: от «ядерной материи»внутри нейтронных звезд до реликтовых нейтрино. Если энергия начальногонейтрино удовлетворяет необходимым пороговым условиям, то оно сможетизлучить фотон спинового света. Следует заметить, что в рассматриваемомнами случае ультрарелятивистских нейтрино спиновое излучение – всегдациркулярно поляризованное.
В зависимости от режима излучения (при низкой или при высокой плотности среды) может меняться степень поляризациии ее абсолютное значение (левая или правая), но циркулярная поляризацияSL-фотонов остается (см. раздел 6.3.2). Поэтому если бы удалось экспериментально зарегистрировать циркулярно поляризованные фотоны, приходящие от галактических скоплений, то это могло бы указывать на то, что ониобразовались в процессе спинового света нейтрино.6.5.
Выводы. Свойства спинового света нейтриноВ заключение перечислим основные свойства спинового света нейтрино всреде (SL), установленные нами в данной главе.1. Массивное нейтрино, обладающее магнитным моментом, может излучать спиновый свет, распространяясь в среде.2. Излучение спинового света оказывается возможным, поскольку энергия нейтрино в среде зависит от ориентации спина – от спиральности нейтрино. Взаимодействие собственного магнитного момента нейтрино со вторичноквантованным электромагнитным полем приводит к спонтанным переходаммежду состояниями с различными спиральностями, которые сопровождаются излучением фотонов.
Это и есть спиновый свет нейтрино в среде.3. Свойства излучения существенно зависят как от типа излучающего нейтрино, так и от состава вещества. Если параметр плотности среды = ˜/положителен (например, в среде, состоящей из электронов или нейтрино), тоспиновый свет будет излучать нейтрино с отрицательной спиральностью (левое нейтрино в релятивистском случае), переходя при этом в состояние сположительной спиральностью (правое нейтрино ). Параметр плотности 227может быть и отрицательным (например, в среде, состоящей из нейтроновили антинейтрино).
В этом случае спиновый свет будет излучать антинейтрино с положительной спиральностью, переходя в состояние с отрицательнойспиральностью.4. Для релятивистских нейтрино излучение сосредоточено в узком конусе, направленном вдоль импульса начального нейтрино. Конкретная форма углового распределения мощности излучения зависит от соотношениямежду массой нейтрино, его импульсом и значением параметра плотности : она изменяется от «прожекторной» при низкой плотности среды, когда ≪ / ≪ 1, до «конусообразной» – при излучении в плотной среде, когда / ≪ ≪ / .5.
Излучение релятивистских нейтрино в среде обладает циркулярной поляризацией. При низкой плотности среды, когда ≪ / ≪ 1, поляризациядостигает 50%, а при высокой плотности, когда / ≪ , циркулярная поляризация изменяет знак и достигает 100%, т. е. становится полной.6. Энергия излученных SL-фотонов также существенно зависит от энергии нейтрино и значения параметра . В случае излучения релятивистскогонейтрино в плотных и в сверхплотных средах, представляющих наибольшийинтерес в связи с астрофизическими приложениями, средняя энергия излученных фотонов ⟨ℏ⟩ достигает значений от одной трети до половины величины энергии начального нейтрино.7. В реальных астрофизических средах, когда необходим учет закона дисперсии излучаемых фотонов, спиновый свет нейтрино характеризуется энергетическим порогом, значение которого зависит от массы плазмона, массынейтрино и параметра плотности среды .8.
При учете дисперсии фотона для релятивистского нейтрино, излучающего вдали от порога реакции, остаются справедливыми формулы (полученные без учета дисперсии фотона), описывающие интегральные вероятностьи мощность, а также поляризационные характеристики излучения, однакоугловое распределение изменяется. Появляется дополнительный максимум,отвечающий «внешнему» конусу углового распределения, раствор которогоопределяется значениями массы плазмона и параметра плотности .Глава 7Физические явления, родственныеспиновому свету нейтрино в средеВ данной главе мы рассмотрим два физических явления, имеющих теснуюсвязь с процессом спинового света нейтрино в среде (глава 6).
В разделе 7.1будет рассмотрен спиновый свет электрона в среде (Spin Light of electron,SL) [527–531], а в разделе 7.2 мы рассмотрим спиновый свет, возникающийпри переходе между различными массовыми состояниями нейтрино в среде(спиновый свет в радиационном распаде массивного нейтрино) [532, 533].7.1.
Спиновый свет электрона в средеНапомним, что термин «спиновый свет» электрона был впервые введенв [336, 337] для обозначения части синхротронного излучения, связанной сизлучением спинового магнитного момента частицы (см. также раздел 3.3).Рассматриваемый далее спиновый свет электрона в среде представляетсобой новое явление, механизм возникновения которого имеет много общего смеханизмом спинового света нейтрино в среде (SL).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
