Hvordan kan du fortelle forskjellen mellom en elektronneutrino, en tau neutrino og en muon neutrino hvis alle nøytrinoene har 0 ladning og 0 masse?


Svar 1:

Jeg hadde en foreleser som jobbet på SNO (Sudbury Neutrino Observatory), et av samarbeidene fra lag som vant Nobelprisen i fjor - sammen med den japanske Super-Kamiokande detektoren, så jeg vet litt om dette.

De forskjellige typer nøytrinoer har alle litt forskjellige kollisjonsresultater. Vi drar også nytte av "bevaring av leptonsmak" - en elektronneutrino kan bare produsere et annet medlem av elektronfamilien, og da bare ekte / antipar fra andre familier.

Tenk for eksempel på ladet strømreaksjon - en elektronneutrino produserer et elektron, muonneutrinoen produserer en muon og så videre.

Dette betyr at siden solnøytrinoer har en energi som er mindre enn restmassen til muoner eller Tauoner, kan bare elektronnøytrinoer ha gjennomgått den ladede strøminteraksjonen. Derfor, hvis du ser bevis på en ladet nåværende interaksjon - vet du at dette må skyldes en elektronneutrino, fordi mens de andre kan gjennomgå denne prosessen, har solnøytrinoer ikke nok energi til!

Så dette utnytter forskjellene mellom familiene, ikke nøytrinoene selv.

Det er noen få andre metoder - jeg husker et diagram med forskjellige elastiske kollisjonsmønstre på dem, så jeg ser for meg at det er et litt annet kollisjonstverrsnitt for visse ting - men du får det generelle bildet.

Jeg er enig, det er en vanskelig virksomhet som prøver å skille nøytrinoer fra hverandre - og det var derfor de måtte bygge så enorme detektorer for å til og med begynne å ha et håp om å gjøre det! Jeg er ikke overrasket over at fysikklæreren din ikke visste det - det er ganske spesiell kunnskap.


Svar 2:

Det er to grunnleggende typer hendelser i nøytrino detektorer med høy energi (som IceCube, Antares, et cetera).

Nøytrale strømhendelser oppstår når den innkommende nøytrino påvirker en kjerne og blåser den fra hverandre. Pions ender opp med å bli produsert, og når de forfaller, får du mye hvis lys dumpes på kort avstand. Detektoren ser dette som en omtrent sfærisk hendelse. Denne begivenhetstopologien er i utgangspunktet identisk mellom smakene, så man kan virkelig ikke si noe om det.

I hendelser der nøytrinoen blir konvertert til partnerpartnere lepton, er det fremdeles en innledende innvirkning på kjernen, med en lignende sfærisk hendelsestopologi, men siden det utgående leptonet er ladet, får du cherenkov-stråling langs dens vei.

Elektroner er stabile, men fordi de er det letteste leptonet, mister de all sin energi raskt (tenk på en motorsykkel som kjører gjennom sand). Elektroner dumper all energien sin i detektoren, så du får gode energimålinger, men siden valget går på en avstand som er mindre enn avstanden mellom lysdetektorene, får du forferdelige retningsmålinger.

Muoner er tunge nok til å pløye i hele materialet, men varer bare så lenge før de forfaller. De forlater et langt spor før de går ut av detektoren. Vanligvis observeres ikke forfallet og den opprinnelige produksjonen. Muons gir god retning, men dårlige energimålinger fordi du ikke vet hvor mye energi som ble avsatt før den kom inn eller hvor langt den reiste etter at den forlot detektoren.

For tausen har du den første innvirkningen på kjernen, et kort spor før tau forfaller og deretter forfallet. Hvis du er heldig nok til å fange denne typen hendelser, kalles det et "dobbelt smell." Det er håp om at disse hendelsene vil gi bedre retning enn elektroner og bedre energimålinger enn muoner. Men de er sjeldnere og vanskeligere å finne.

Dette er "ladede aktuelle" hendelser, og de produserte distinkte hendelsestopologier. Det skal bemerkes at nøytrino-detektorer ikke er i stand til å skille mellom nøytrinoer og antineutrino.


Svar 3:

Det er to grunnleggende typer hendelser i nøytrino detektorer med høy energi (som IceCube, Antares, et cetera).

Nøytrale strømhendelser oppstår når den innkommende nøytrino påvirker en kjerne og blåser den fra hverandre. Pions ender opp med å bli produsert, og når de forfaller, får du mye hvis lys dumpes på kort avstand. Detektoren ser dette som en omtrent sfærisk hendelse. Denne begivenhetstopologien er i utgangspunktet identisk mellom smakene, så man kan virkelig ikke si noe om det.

I hendelser der nøytrinoen blir konvertert til partnerpartnere lepton, er det fremdeles en innledende innvirkning på kjernen, med en lignende sfærisk hendelsestopologi, men siden det utgående leptonet er ladet, får du cherenkov-stråling langs dens vei.

Elektroner er stabile, men fordi de er det letteste leptonet, mister de all sin energi raskt (tenk på en motorsykkel som kjører gjennom sand). Elektroner dumper all energien sin i detektoren, så du får gode energimålinger, men siden valget går på en avstand som er mindre enn avstanden mellom lysdetektorene, får du forferdelige retningsmålinger.

Muoner er tunge nok til å pløye i hele materialet, men varer bare så lenge før de forfaller. De forlater et langt spor før de går ut av detektoren. Vanligvis observeres ikke forfallet og den opprinnelige produksjonen. Muons gir god retning, men dårlige energimålinger fordi du ikke vet hvor mye energi som ble avsatt før den kom inn eller hvor langt den reiste etter at den forlot detektoren.

For tausen har du den første innvirkningen på kjernen, et kort spor før tau forfaller og deretter forfallet. Hvis du er heldig nok til å fange denne typen hendelser, kalles det et "dobbelt smell." Det er håp om at disse hendelsene vil gi bedre retning enn elektroner og bedre energimålinger enn muoner. Men de er sjeldnere og vanskeligere å finne.

Dette er "ladede aktuelle" hendelser, og de produserte distinkte hendelsestopologier. Det skal bemerkes at nøytrino-detektorer ikke er i stand til å skille mellom nøytrinoer og antineutrino.