Πώς μπορείτε να πείτε τη διαφορά ανάμεσα σε ένα νετρίνο ηλεκτρονίων, ένα νετρίνο tau και ένα νετρίνο μιονίου αν όλα τα νετρίνα έχουν 0 φόρτιση και 0 μάζα;


Απάντηση 1:

Είχα έναν λέκτορα που εργάστηκε στο SNO (Sudbury Neutrino Observatory), μια από τις συνεργασίες των ομάδων που κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ πέρυσι - μαζί με τον Ιαπωνικό ανιχνευτή Super-Kamiokande, οπότε το ξέρω λίγο.

Οι διαφορετικοί τύποι νετρίνων έχουν ελαφρώς διαφορετικά αποτελέσματα σύγκρουσης. Επωφελούμε επίσης από τη "συντήρηση της γεύσης του lepton" - ένα ηλεκτρονικό νετρίνο μπορεί να παράγει μόνο ένα άλλο μέλος της οικογένειας των ηλεκτρονίων, και στη συνέχεια μόνο τα πραγματικά / αντι ζευγάρια οποιωνδήποτε άλλων οικογενειών.

Για παράδειγμα, σκεφτείτε την αντίδραση φορτισμένης ρεύματος - ένα ηλεκτρόνιο ουδέτερο παράγει ένα ηλεκτρόνιο, το νετρίνο του μιονίου παράγει ένα μιόν και ούτω καθεξής.

Αυτό σημαίνει ότι, δεδομένου ότι τα ηλιακά νετρίνα έχουν ενέργεια μικρότερη από την υπόλοιπη μάζα των μιονίων ή Tauons, μόνο ηλεκτρόνια νετρίνα μπορεί να έχουν υποστεί τη χρεωμένη τρέχουσα αλληλεπίδραση. Επομένως, εάν δείτε την απόδειξη μιας χρεωμένης τρέχουσας αλληλεπίδρασης - γνωρίζετε ότι αυτό οφείλεται σε ένα ηλεκτρόνιο ουδέτερο, γιατί ενώ οι άλλοι μπορούν να υποβληθούν σε αυτή τη διαδικασία, τα ηλιακά νετρίνα δεν έχουν αρκετή ενέργεια!

Έτσι αυτό εκμεταλλεύεται τις διαφορές μεταξύ των οικογενειών, όχι των ίδιων των νετρίνων.

Υπάρχουν μερικές άλλες μέθοδοι - θυμάμαι ένα διάγραμμα με διαφορετικά σχέδια ελαστικής σύγκρουσης πάνω τους, οπότε φαντάζομαι ότι υπάρχει μια ελαφρώς διαφορετική διατομή σύγκρουσης για ορισμένα πράγματα - αλλά έχετε την γενική εικόνα.

Συμφωνώ, είναι μια δύσκολη επιχείρηση που προσπαθεί να πει ξεχωριστά τα νετρίνο - και γι 'αυτό έπρεπε να κατασκευάσουν τέτοιους μαζικούς ανιχνευτές για να αρχίσουν να έχουν την ελπίδα να το κάνουν! Δεν με εκπλήσσει ο καθηγητής φυσικής σας δεν ήξερε - είναι αρκετά εξειδικευμένες γνώσεις.


Απάντηση 2:

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι συμβάντων σε ανιχνευτές νετρίνων υψηλής ενέργειας (όπως IceCube, Antares, et cetera).

Τα ουδέτερα ρεύματα συμβαίνουν όταν ο εισερχόμενος νετρίνα προσκρούει σε έναν πυρήνα και τον εκμηδενίζει. Τα pions καταλήγουν να παράγονται, και μόλις καταστρέψουν, παίρνετε πολλά αν το φως πετάγεται σε μικρή απόσταση. Ο ανιχνευτής βλέπει αυτό ως ένα σφαιρικό γεγονός. Αυτή η τοπολογία συμβάντων είναι ουσιαστικά όμοια μεταξύ των γεύσεων, οπότε κανείς δεν μπορεί πραγματικά να το πει.

Σε γεγονότα όπου το νετρίνο μετατρέπεται σε εταίρο lepton, εξακολουθεί να υπάρχει αρχική επίδραση στον πυρήνα, με παρόμοια τοπολογία σφαιρικών γεγονότων, αλλά από τότε που το εξερχόμενο λεπόνιο φορτίζεται, παίρνετε την ακτινοβολία cherenkov στην πορεία του.

Τα ηλεκτρόνια είναι σταθερά, αλλά επειδή είναι τα ελαφρύτερα lepton, χάνουν όλη τους την ενέργεια γρήγορα (σκεφτείτε μια μοτοσυκλέτα που οδηγεί μέσα από την άμμο). Τα ηλεκτρόνια απορροφούν όλη τους την ενέργεια στον ανιχνευτή, έτσι ώστε να έχετε μεγάλες μετρήσεις ενέργειας, αλλά καθώς οι εκλογές ταξιδεύουν σε απόσταση μικρότερη από την απόσταση μεταξύ ανιχνευτών φωτός, παίρνετε τρομερές μετρήσεις κατεύθυνσης.

Τα muons είναι αρκετά βαριά για να οργώσουν σε όλο το υλικό, αλλά μόνο για πολύ καιρό πριν αποσυντεθούν. Αφήνουν ένα μακρύ κομμάτι προτού βγουν από τον ανιχνευτή. Συνήθως δεν παρατηρείται η αποσύνθεση και η αρχική παραγωγή. Τα Muons δίνουν εξαιρετική κατεύθυνση, αλλά φτωχές μετρήσεις ενέργειας, επειδή δεν γνωρίζετε πόση ενέργεια έχει κατατεθεί πριν την είσοδό της ή πόσο μακριά ταξίδεψε αφού έφυγε από τον ανιχνευτή.

Για το taus, έχετε τον αρχικό αντίκτυπο στον πυρήνα, ένα σύντομο κομμάτι πριν τη διάσπαση του tau και στη συνέχεια την αποσύνθεση. Αν είστε αρκετά τυχεροί για να πιάσετε αυτό το είδος εκδήλωσης, λέγεται "διπλό κτύπημα", υπάρχει η ελπίδα ότι αυτά τα γεγονότα θα δώσουν καλύτερη κατεύθυνση από τα ηλεκτρόνια και τις καλύτερες μετρήσεις ενέργειας από τους μιόνες. Αλλά είναι πιο σπάνια και πιο δύσκολο να βρεθούν.

Αυτά είναι γεγονότα με "χρεωμένο ρεύμα" και έχουν δημιουργήσει ξεχωριστές τοπολογίες γεγονότων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι ανιχνευτές νετρίνων δεν είναι σε θέση να διακρίνουν μεταξύ νετρίνων και αντινετρερινών.


Απάντηση 3:

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι συμβάντων σε ανιχνευτές νετρίνων υψηλής ενέργειας (όπως IceCube, Antares, et cetera).

Τα ουδέτερα ρεύματα συμβαίνουν όταν ο εισερχόμενος νετρίνα προσκρούει σε έναν πυρήνα και τον εκμηδενίζει. Τα pions καταλήγουν να παράγονται, και μόλις καταστρέψουν, παίρνετε πολλά αν το φως πετάγεται σε μικρή απόσταση. Ο ανιχνευτής βλέπει αυτό ως ένα σφαιρικό γεγονός. Αυτή η τοπολογία συμβάντων είναι ουσιαστικά όμοια μεταξύ των γεύσεων, οπότε κανείς δεν μπορεί πραγματικά να το πει.

Σε γεγονότα όπου το νετρίνο μετατρέπεται σε εταίρο lepton, εξακολουθεί να υπάρχει αρχική επίδραση στον πυρήνα, με παρόμοια τοπολογία σφαιρικών γεγονότων, αλλά από τότε που το εξερχόμενο λεπόνιο φορτίζεται, παίρνετε την ακτινοβολία cherenkov στην πορεία του.

Τα ηλεκτρόνια είναι σταθερά, αλλά επειδή είναι τα ελαφρύτερα lepton, χάνουν όλη τους την ενέργεια γρήγορα (σκεφτείτε μια μοτοσυκλέτα που οδηγεί μέσα από την άμμο). Τα ηλεκτρόνια απορροφούν όλη τους την ενέργεια στον ανιχνευτή, έτσι ώστε να έχετε μεγάλες μετρήσεις ενέργειας, αλλά καθώς οι εκλογές ταξιδεύουν σε απόσταση μικρότερη από την απόσταση μεταξύ ανιχνευτών φωτός, παίρνετε τρομερές μετρήσεις κατεύθυνσης.

Τα muons είναι αρκετά βαριά για να οργώσουν σε όλο το υλικό, αλλά μόνο για πολύ καιρό πριν αποσυντεθούν. Αφήνουν ένα μακρύ κομμάτι προτού βγουν από τον ανιχνευτή. Συνήθως δεν παρατηρείται η αποσύνθεση και η αρχική παραγωγή. Τα Muons δίνουν εξαιρετική κατεύθυνση, αλλά φτωχές μετρήσεις ενέργειας, επειδή δεν γνωρίζετε πόση ενέργεια έχει κατατεθεί πριν την είσοδό της ή πόσο μακριά ταξίδεψε αφού έφυγε από τον ανιχνευτή.

Για το taus, έχετε τον αρχικό αντίκτυπο στον πυρήνα, ένα σύντομο κομμάτι πριν τη διάσπαση του tau και στη συνέχεια την αποσύνθεση. Αν είστε αρκετά τυχεροί για να πιάσετε αυτό το είδος εκδήλωσης, λέγεται "διπλό κτύπημα", υπάρχει η ελπίδα ότι αυτά τα γεγονότα θα δώσουν καλύτερη κατεύθυνση από τα ηλεκτρόνια και τις καλύτερες μετρήσεις ενέργειας από τους μιόνες. Αλλά είναι πιο σπάνια και πιο δύσκολο να βρεθούν.

Αυτά είναι γεγονότα με "χρεωμένο ρεύμα" και έχουν δημιουργήσει ξεχωριστές τοπολογίες γεγονότων. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι ανιχνευτές νετρίνων δεν είναι σε θέση να διακρίνουν μεταξύ νετρίνων και αντινετρερινών.