איך אתה יכול להבחין בהבדל בין נייטרינו אלקטרונים, נייטרינו טאו לנויטרנו מיאון אם לכל הנייטרינים יש 0 טעינה ומסת 0?


תשובה 1:

היה לי מרצה שעבד ב- SNO (Observatory Sudbury Neutrino Observatory), אחד משיתופי הפעולה של צוותים שזכו בפרס נובל בשנה שעברה - יחד עם גלאי הסופר-קמיוקנדה היפני, אז אני יודע קצת על זה.

לסוגים השונים של הנייטרינו תוצאות התנגשות מעט שונות. אנו מנצלים גם את "שימור טעם הלפטון" - נייטרינו אלקטרונים יכול לייצר רק בן אחר ממשפחת האלקטרונים, ואז רק זוגות אמיתיים / אנטי מכל משפחה אחרת.

לדוגמה, שקלו את התגובה הנוכחית הטעונה - נייטרינו אלקטרונים מייצר אלקטרון, הנויטרו המואון מייצר מואון וכן הלאה.

משמעות הדבר היא מכיוון שלנייטרינו השמש יש אנרגיה פחות ממסת המואונים או הטאונים, רק נייטרינים אלקטרוניים יכולים לעבור את האינטראקציה הנוכחית הטעונה. לכן אם אתה רואה עדויות לאינטראקציה שוטפת טעונה - אתה יודע שזה צריך להיות בגלל נייטרינו אלקטרונים, מכיוון שאילו האחרים יכולים לעבור תהליך זה, לנייטרינים סולאריים אין מספיק אנרגיה ל!

אז זה מנצל את ההבדלים בין המשפחות, ולא את הנייטרינים עצמם.

יש עוד כמה שיטות - אני זוכר תרשים עם דפוסי התנגשות אלסטיים שונים עליהם, כך שאני מתאר לעצמי שיש חתך התנגשות מעט שונה לדברים מסוימים - אבל אתה מקבל את התמונה הכללית.

אני מסכים, מדובר בעסק מסובך שמנסה להפריד בין נייטרינים - ובגלל זה הם נאלצו לבנות גלאים כה מאסיביים כדי אפילו להתחיל לקוות תקווה לעשות זאת! אני לא מתפלא שהמורה שלך לפיזיקה לא ידע - זה ידע די מומחה.


תשובה 2:

ישנם שני סוגים בסיסיים של אירועים בגלאי נייטרינו אנרגיה גבוהה (כמו IceCube, Antares, et cetera).

אירועים אקטואליים ניטרליים מתרחשים כאשר הנייטרינו הנכנס משפיע על גרעין ומפוצץ אותו. בסופו של דבר מייצרים פיונים, וברגע שהם מתפוררים אתה מקבל הרבה אם האור נזרק למרחק קצר. הגלאי רואה בכך אירוע כדורי בערך. טופולוגיית האירועים הזו זהה בעיקרון בין הטעמים, כך שאי אפשר לדעת באמת.

באירועים בהם המרה של הנייטרינו ללפטון של בן זוגו, עדיין קיימת השפעה ראשונית על הגרעין, עם טופולוגיית אירועים כדוריים דומה, אך מכיוון שהלפטון היוצא טעון, אתה מקבל קרינת צ'רנקוב בדרכו.

אלקטרונים יציבים, אך מכיוון שהם הלפטון הקל ביותר, הם מאבדים את כל האנרגיה שלהם במהירות (חשוב על אופנוע הנוסע בחול). אלקטרונים זורקים את כל האנרגיה שלהם לגלאי, כך שאתה מקבל מדידות אנרגיה נהדרות, אך מכיוון שהבחירות נעות למרחק שהוא קטן יותר מהמרווח בין גלאי אור, אתה מקבל מדידות כיוון נוראיות.

מיונים כבדים מספיק כדי לחרוש בכל החומר, אך נמשכים זמן כה רב עד שהם מתפרקים. הם עוזבים מסלול ארוך לפני שהם יוצאים מהגלאי. בדרך כלל, הריקבון והייצור הראשוני אינם נצפים. מונאים נותנים כיוון נהדר, אך מדידות אנרגיה גרועות מכיוון שאינכם יודעים כמה אנרגיה הופקדה לפני שנכנסה או כמה רחוק היא נסעה לאחר שעזבה את הגלאי.

עבור הטאוס יש לך את ההשפעה הראשונית על הגרעין, מסלול קצר לפני שהטאו מתפורר ואז הריקבון. אם אתה בר מזל מספיק כדי לתפוס אירוע מסוג זה, זה נקרא "המפץ הכפול". יש תקווה שהאירועים האלה יתנו כיוון טוב יותר מאלקטרונים ומדידות אנרגיה טובות יותר מאשר muons. אבל הם נדירים יותר וקשים יותר למצוא אותם.

אלה אירועים "אקטואליים טעונים", והם הניבו טופולוגיות אירועים מובחנות. יש לציין כי גלאי נייטרינו אינם מסוגלים להבחין בין נייטרינו לאנטינורינו.


תשובה 3:

ישנם שני סוגים בסיסיים של אירועים בגלאי נייטרינו אנרגיה גבוהה (כמו IceCube, Antares, et cetera).

אירועים אקטואליים ניטרליים מתרחשים כאשר הנייטרינו הנכנס משפיע על גרעין ומפוצץ אותו. בסופו של דבר מייצרים פיונים, וברגע שהם מתפוררים אתה מקבל הרבה אם האור נזרק למרחק קצר. הגלאי רואה בכך אירוע כדורי בערך. טופולוגיית האירועים הזו זהה בעיקרון בין הטעמים, כך שאי אפשר לדעת באמת.

באירועים בהם המרה של הנייטרינו ללפטון של בן זוגו, עדיין קיימת השפעה ראשונית על הגרעין, עם טופולוגיית אירועים כדוריים דומה, אך מכיוון שהלפטון היוצא טעון, אתה מקבל קרינת צ'רנקוב בדרכו.

אלקטרונים יציבים, אך מכיוון שהם הלפטון הקל ביותר, הם מאבדים את כל האנרגיה שלהם במהירות (חשוב על אופנוע הנוסע בחול). אלקטרונים זורקים את כל האנרגיה שלהם לגלאי, כך שאתה מקבל מדידות אנרגיה נהדרות, אך מכיוון שהבחירות נעות למרחק שהוא קטן יותר מהמרווח בין גלאי אור, אתה מקבל מדידות כיוון נוראיות.

מיונים כבדים מספיק כדי לחרוש בכל החומר, אך נמשכים זמן כה רב עד שהם מתפרקים. הם עוזבים מסלול ארוך לפני שהם יוצאים מהגלאי. בדרך כלל, הריקבון והייצור הראשוני אינם נצפים. מונאים נותנים כיוון נהדר, אך מדידות אנרגיה גרועות מכיוון שאינכם יודעים כמה אנרגיה הופקדה לפני שנכנסה או כמה רחוק היא נסעה לאחר שעזבה את הגלאי.

עבור הטאוס יש לך את ההשפעה הראשונית על הגרעין, מסלול קצר לפני שהטאו מתפורר ואז הריקבון. אם אתה בר מזל מספיק כדי לתפוס אירוע מסוג זה, זה נקרא "המפץ הכפול". יש תקווה שהאירועים האלה יתנו כיוון טוב יותר מאלקטרונים ומדידות אנרגיה טובות יותר מאשר muons. אבל הם נדירים יותר וקשים יותר למצוא אותם.

אלה אירועים "אקטואליים טעונים", והם הניבו טופולוגיות אירועים מובחנות. יש לציין כי גלאי נייטרינו אינם מסוגלים להבחין בין נייטרינו לאנטינורינו.