Диссертация (1104029), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эффект пространственного разделения потоков релятивистских нейтринопо энергиям и типу нейтрино после прохождения сквозь вращающуюсязамагниченную материю.4. Механизм электромагнитного излучения миллизаряженного нейтрино вплотной неоднородной вращающейся и замагниченной среде (“свет миллизаряженного нейтрино”).5. Механизм изменения скорости вращения звезд за счет нейтринного излучения (“нейтринный механизм вращения звезд”). Оценка параметров нейтринного потока и внешних условий, необходимых для применения данногомеханизма в качестве механизма возникновения глитчей и “анти-глитчей”пульсаров.6. Новое астрофизическое ограничение на миллизаряд нейтрино.Структура и объем диссертационной работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы.Первая глава посвящена описанию основных этапов развития физики нейтрино с момента предсказания существования данной частицы В.
Паули в 1930году до сегодняшних дней. В частности, приведена история совместного развития физики нейтрино и Стандартной модели, подробно описано явление осцилляций нейтрино, а также дано введение в электромагнитные свойства нейтрино.Во второй главе описывается теория флейворных осцилляций нейтрино всреде с различными профилями скорости и плотности. Все вычисления произведены в адиабатическом приближении. Представлена общая методика описания осцилляций нейтрино, в деталях описаны методы учета влияния среды наосцилляции и произведены обобщения на случай движущейся среды.
В качестве конкретной научной задачи решена проблема описания флейворных осцилляций нейтрино в среде, движущейся с постоянным ускорением. В частности,определены вероятность и условие резонансного усиления осцилляций. Такжепроизведена оценка вклада движения среды с постоянным ускорением в общую9картину осцилляций и приведено обсуждение возможных феноменологическихпроявлений теории.Третья глава посвящена теоретическому описанию квантовых состояний миллизаряженного нейтрино с аномальным магнитным моментом в плотной средеи внешнем магнитном поле на основе метода точных решений модифицированных уравнений Дирака. Вначале описывается лагранжиан модели и дается введение в метод точных решений, на основе которого находятся решенияуравнений Дирака.
Затем в деталях обсуждается методика нахождения точных решений ряда конкретных задач, имеющих астрофизические приложения.Частные случаи найденных решений, уже известные в литературе, приведеныв приложении 2 со ссылками на первоисточники.Четвертая глава посвящена поиску феноменологических следствий найденных новых решений и предсказанию новых астрофизических эффектов и явлений. В частности, на основе найденного точного решения уравнения Дирака, описывающего миллизаряженное нейтрино в плотной вращающейся средеи магнитном поле, введена эффективная сила Лоренца, описывающая квазиклассическую траекторию движения нейтрино.
Предсказано, что низкоэнергетические нейтрино могут удерживаться на круговых орбитах внутри нейтронных звезд и аккреционных дисков черных дыр. Траектории нейтрино болеевысоких энергий, которые не могут удерживаться внутри замагниченной вращающейся материи, существенно искривляются в пространстве, что приводит кэффекту пространственного разделения потоков нейтрино по типу и энергиямнейтрино. Также предсказаны два новых явления: новый механизм электромагнитного излучения нейтрино (“свет миллизаряженного нейтрино”) и новый механизм изменения вращения звезд за счет излучения мощных потоков нейтрино(“нейтринный механизм вращения звезд”).
В качестве прямых феноменологических следствий обсуждаются области применения полученных результатов вастрофизике и получено новое лучшее астрофизическое ограничение на миллизаряд нейтрино.Объем диссертации - 111 страниц, включая 5 рисунков и 1 таблицу. Списоклитературы состоит из 162 наименований.10Апробация результатов диссертационной работыРезультаты, вошедшие в диссертацию, докладывались на следующих ведущих отечественных и мировых конференциях по тематике исследования:1. Научная конференция “Ломоносовские чтения” (2010);2. V International Pontecorvo Neutrino Physics School (Alushta, Crimea, Ukraine,2012);3.
25th International Conference in Neutrino Physics and Astrophysics — Neutrino2012 (Kyoto, Japan, 2012);4. 25th Rencontres de Blois “Particle Physics and Cosmology” (Blois, France,2013);5. The 2013 European Physical Society Conference on High Energy Physics(Stockholm, Sweden, 2013);6. Pontecorvo100 - Symposium in honour of Bruno Pontecorvo for the centennialof the birth (Pisa, Italy, 2013).ПубликацииВ диссертации приведены результаты, полученные непосредственно авторомили при его активном участии.
Результаты диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе в 3 статьях в научных журналах из списка ВАК.11Глава 1Нейтрино: история и современный статус1.1Нейтрино и Стандартная модельС момента предсказания существования нейтрино (названного вначале “нейтроном”) Вольфганом Паули в 1930 году данная частица играет одну из ключевых ролей в физике элементарных частиц.
Большинство наиболее значимыхэтапов развития Стандартной модели были тесно взаимосвязаны с развитиемзнания о нейтрино.Гипотеза о существовании нейтрино (названной вначале “нейтроном”) былапредложена Вольфганом Паули в надежде спасти закон сохранения энергии вβ-распадах ядер и объяснить непрерывность спектра испускаемых электронов.Однако, основываясь на данной идее, Энрико Ферми в 1934 году создал теориюβ-распада, в которой кроме электрона испускается еще и нейтрино [41]. Интересно отметить, что именно Э. Ферми после открытия в 1932 году ДжеймсомЧедвиком настоящего нейтрона переименовал загадочную частицу в “нейтрино”.
Согласно теории Ферми, которая послужила прототипом современной теории слабых взаимодействий элементарных частиц, процесс β-распада нейтронаn → p + e− + ν̄ описывается лагранжианомLβ (x) = −GF p̄(x)γα n(x)ē(x)γ α ν(x) + э.с.,(1.1)где n(x), p(x), e(x) и ν(x) - квантовые поля, γα - матрицы Дирака (смотриПриложение 1), GF - константа, получившая в дальнейшем название константыФерми. Согласно современным экспериментальным данным [42]GF = 1, 16637 × 10−23 эВ−2 .(1.2)12Данный лагранжиан имеет универсальную структуру и может быть использован не только для вычисления вероятности процесса β-распада (A, Z) →(A, Z + 1) + e− + ν̄, но и для вычисления вероятностей процесса β-распада(A, Z) → (A, Z − 1) + e+ + ν, захвата электрона e− + (A, Z) → (A, Z − 1) + ν,нейтринного процесса ν̄ + (A, Z) → e+ + (A, Z − 1) и многих других процессов.Оценка сечения процесса ν̄ + (A, Z) → e+ + (A, Z − 1)σ < 10−44 см2 ,(1.3)которая впервые была получена Х.
Бете и Р. Пайерлсом в 1934 году [43], указывает на то, что нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействует с окружающейсредой. В связи с этим, в своей работе Х. Бете и Р. Пайерлс сделали вывод, чтонет никакой практической возможности наблюдения нейтрино. К настоящемумоменту множество экспериментальных установок по всему миру регистрируютнейтрино земного и неземного происхождения каждый день.Следующим важным этапом развития физики элементарных частиц является идея универсальности слабых взаимодействий, впервые предложенная БруноПонтекорво в 1947 году [44]. Идея заключается в том, что наряду с процессомс участием электронного нейтрино e− + (A, Z) → (A, Z − 1) + νe существуеттакже и процесс с участием мюонного нейтрино µ + (A, Z) → (A, Z − 1) + νµ .Также идея универсальности слабых взаимодействий была предложена в работах [45–47].Затем в 1956 году в работе [48] была высказана идея несохранения четности вслабых взаимодействиях и предложен ряд экспериментов, способных проверитьданную гипотезу.
Совсем скоро, уже в начале 1957 года, данная гипотеза былаподтверждена экспериментально [49, 50]. Почти сразу же после обнародованиярезультатов данных экспериментов все в том же 1957 году Л. Д. Ландау [51], Лии Янг [52] и А. Салам [53] связали данную особенность слабых взаимодействийсо свойствами нейтрино и предложили двухкомпонентную теорию нейтрино.У данной теории было два важных следствия.
Во-первых, поскольку лагранжиан Ферми Lβ (x) является скаляром, то, чтобы удовлетворить всем экспериментальным данным того времени, необходимо его дополнить псевдоскалярнойчастью, что в итоге дает13LIβ (x) = −Xp̄(x)Oi n(x)ē(x)Oi (Gi + G0i γ5 ) ν(x) + э.с.,(1.4)iгде константы Gi и G0i (обе порядка GF ) характеризуют скалярную и псевдоскалярную части взаимодействий, а матрицы Oi являются базисными в пространстве матриц Дирака (смотри Приложение 1). Данный лагранжиан обеспечиваетнеобходимое нарушение четности в слабых взаимодействиях. Во-вторых, спиральность нейтрино строго привязывалась к киральным состояниям нейтрино(-1 для νL и +1 для νR ).
Важно отметить, что в данной теории рассматриваютсябезмассовые нейтрино.Параллельно в то же время активно развивалась экспериментальная нейтринная наука. В частности, в 1956 году Ф. Райнес и К. Коуэн на реакторе вСаванна-Ривер зарегистрировали реакцию с участием нейтрино ν̄ + p → e+ + n[55–57], что явилось первым экспериментальным подтверждением существования нейтрино. Чуть позже, в 1958 году, М. Гольдхабер, М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
