Диссертация (1097698), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Наличие такого взаимодействия приводит28к ряду интересных следствий. Нейтрино получают способность образовывать кластеры – так называемые «сгустки» и «нейтринные облака» с высокойплотностью [96, 97], масса нейтрино в таких теориях может стать изменяющейся величиной (так называемые MaVaN-модели (аббрев. от Mass VaryingNeutrino)) [98] и, наконец, нейтрино приобретают способность управлять процессом расширения Вселенной через поле квинтэссенции [97].
Таким образом,как мы видим, и в современной космологии на нейтрино возлагаются большиенадежды, связанные с построением «Новой физики».В заключение данного раздела кратко остановимся на вопросе теоретического обоснования схем смешивания нейтрино, или, говоря другими словами,на вопросе введения масс нейтрино в Стандартную модель. Напомним, чтоисходно в Стандартной модели нейтрино считаются безмассовыми и не смешиваются [13,15]. Заряженные фермионы получают свои массы в результатеспонтанного нарушения симметрии и действия механизма Хиггса, а нейтринопри этом остаются безмассовыми. Для того, чтобы нейтрино стали массивными, необходимо расширить Стандартную модель.В различных расширениях Стандартной модели, в теориях Великого Объединения, в суперсимметричных моделях и теории суперструн возникают различные схемы смешивания с участием дираковских и майорановских нейтрино [18, 21, 90, 99].
В сжатом виде некоторые способы введения масс нейтринов Стандартную модель обсуждаются в разделе 2.3.1 данной диссертации.Теоретические схемы смешивания должны не только ответить на вопрос,как могут возникнуть массы нейтрино, но и дать объяснение их малым наблюдаемым величинам (почему массы нейтрино настолько меньше масс заряженных лептонов: ≃ 0,51 МэВ, ≃ 106 МэВ, ≃ 1,78 ГэВ [7]).В этой связи отметим большую популярность так называемого «качельного» («see-saw») механизма получения малой майорановской массы нейтрино(см., напр., [100, 101]). В соответствии с данным механизмом, после диагонализации комбинированного массового члена (содержащего исходно дираковскую и правую майорановскую массу ≫ ) получается майорановское нейтрино с малой массой 2 / и тяжелое с массой ≃ . Такжепопулярны механизмы, включающие в лагранжиан дополнительные неперенормируемые слагаемые размерностей d > 4 [89, 99] (см.
также раздел 2.3.1).291.2. Электромагнитные свойства нейтриноАнализ физических явлений, связанных со взаимодействием нейтринос внешними электромагнитными полями, несомненно, расширил бы нашипредставления о свойствах нейтрино и, возможно, позволил бы сделать заключение о природе массы нейтрино. Дело в том, что электромагнитныесвойства дираковского и майорановского нейтрино оказываются существенноразличными [19, 64, 73, 90, 102].Теоретическое и экспериментальное исследование электромагнитныхсвойств нейтрино сегодня превращается в одно из важнейших направленийсовременной нейтринной физики, изучающее свойства нейтрино как в рамкахСтандартной модели, так и за ее пределами [103–105].История исследования электромагнитных свойств нейтрино начинаетсясо знаменитого письма В.
Паули [1], в котором впервые высказывается возможность существования магнитного момента нейтрино. Считалось, чтомагнитный момент у нейтрино врожденный, причем частица и античастицаразличаются по направлению магнитного момента [31].Если нейтрино обладает магнитным моментом, то при прохождении черезвещество оно будет рассеиваться атомными электронами по электромагнитному каналу (наряду с обычным слабым механизмом рассеяния). Используя уравнение для нейтральной ферми-частицы, имеющей магнитный момент, которое было предложено В. Паули [27], И.
Карлсон и И. Оппенгеймерв 1932 году впервые рассмотрели рассеяние нейтрино на электронах [106].Г. Бете в 1935 году впервые получил аналитически сечение процесса → ,идущего за счет магнитного момента нейтрино [107] (см. также работу [108],где была исправлена ошибка, имевшаяся в [107]).Ф. Хоутерменс и В. Тирринг в 1954 году предсказали, что магнитныймомент нейтрино имеет вакуумный характер и возникает вследствие виртуального распада нейтрино на заряженные частицы [109], однако вычислитьмагнитный момент они не смогли из-за петлевых расходимостей в четырехфермионной контактной теории слабых взаимодействий.
Результаты экспериментов Ф. Райнеса по детектированию -рассеяния, ведущихся с 1954 года,анализировались с точки зрения возможного наличия у нейтрино магнитногомомента [110, 111].30Различные теоретические аспекты реакции → , идущей за счет магнитного момента нейтрино, (а также родственных процессов) обсуждаютсяв целом ряде работ (см., например, [112, 113]). В работах [114, 115] реакция → рассматривается с точки зрения получения ограничений на магнитный момент нейтрино в экспериментах с реакторными, ускорительнымии солнечными нейтрино.
Радиационные поправки к процессу упругого рассеяния → рассчитываются в [116]. Ряд работ (см. [117,118] и цитируемуютам литературу) посвящен исследованию рассеяния нейтрино на электронах,находящихся в связанных состояниях в атомах.А. Киснерос в 1971 году впервые рассмотрел возможность объяснения«загадки солнечных нейтрино» переворотом спиральности нейтрино в результате взаимодействия его магнитного момента с магнитным полем Солнца [119].
При этом часть обычных «левых» нейтрино (=−1 ≃ ) перешлабы в «стерильные» правые состояния ( =+1 ≃ ), которые не поддаютсядетектированию. Киснерос посчитал эти эффекты малыми вследствие малости магнитного момента нейтрино. Позже в работах [120,121] было показано,что при наличии у нейтрино относительно большого магнитного момента ∼ (0,3−1) ⋅ 10−10 ,(1.18)где = ℏ/2 – магнетон Бора, прецессия спина нейтрино в магнитномполе конвективной зоны Солнца могла бы приводить не только к ослаблениюнаблюдаемого на Земле нейтринного потока, но и к 11-летним и 1/2-годовымизменениям потока солнечных нейтрино, коррелированных с изменениямимагнитной активности Солнца [121] (механизм Волошина–Высоцкого–Окуня).В статье К. Фуджикавы и Р. Шрока [122] в 1980 году впервые указываетсяна возможность переворота спиральности нейтрино в сильном магнитномполе ∼ 1012 −1013 Гс (вблизи формирующейся нейтронной звезды).
Приэтом уменьшался бы наблюдаемый нейтринный импульс, сопровождающийколлапс массивного звездного ядра: половина образующихся при коллапсенейтрино переходила бы в ненаблюдаемые стерильные состояния [123]. Этиидеи развивались позже во многих работах (см., например, [124, 125], а также [126] и раздел 3.4 настоящей диссертации, подробную библиографию поданным вопросам можно найти в обзорах [103–105]).По видимому, первое систематическое изложение возможных электромаг-31нитных свойств нейтрино приведено в работе Дж. Бернштейна, М.
Рудерманаи Дж. Файнберга [127] (1963 год).1.2.1. Электромагнитные форм-факторы нейтриноЭлектромагнитные свойства нейтрино принято анализировать на языкеформ-факторов. Форм-факторные функции имеют непосредственную связьс обобщенными вершинными функциями элементарных частиц (см. [128]).Общее выражение для эффективного лагранжиана, описывающего взаимодействие массивного нейтрино с электромагнитным полем, имеет вид [64,90, 103–105](1.19)ℒeff = − () () = − () Λ () (),где – четырехмерный потенциал электромагнитного поля, – 4-векторэффективного электромагнитного тока нейтрино, Λ – эффективная вершинаэлектромагнитного взаимодействия нейтрино.Рис.
1.1. Эффективная электромагнитнаявершина нейтрино ( = − ).Матричный элемент, отвечающий диаграмме, изображенной на рис. 1.1,зависит от матричного элемента эффективного электромагнитного тока, переводящего нейтрино из начального состояния ( , ) с импульсом и спиральностью в конечное состояние ( , ), т. е.⟨ , ∣ (0) ∣ , ⟩ = ( ) Λ ( , ) ( ),(1.20)где ( ) и ( ) – свободные дираковские спиноры начального и конечногосостояния нейтрино, Λ ( , ) – вершинная функция в импульсном представлении. Выражение для Λ ( , ) можно записать в следующем наиболееобщем виде [64, 90, 105] (см.
также [73, 129, 130]):Λ ( , ) = Λ () = 1 ( 2 ) + 2 ( 2 ) +()+ 3 ( 2 ) 2 − () 5 + 4 ( 2 ) 5 ,(1.21)где = − ; 1 , 2 , 3 и 4 – электромагнитные форм-факторы нейтрино.32Заметим, что ясную физическую интерпретацию нейтринные форм-факторы обычно приобретают в статическом пределе, т. е. при нулевом переданном импульсе 2 = 0 [105].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
