测量太阳中微子磁矩的文献综述
摘 要:在标准模型中,中微子是呈电中性的,无质量的纯左手粒子,没有磁矩等电磁性质。但自从“太阳中微子消失之谜”等现象的发生,我们知道了中微子必须具有微小的质量才可能会发生中微子振荡。对于中微子磁矩等电磁性质,目前研究的还不是非常透彻。实验上大多是通过中微子—电子弹性散射的实验来获得中微子磁矩的上限的。中微子—电子弹性散射实验也只能够给出一个界限,与理论上最小修正标准模型的中微子磁矩相差8个数量级。许多探测器都开展了对中微子磁矩的研究,但是研究方法、思路等各不相同。本文结合各个实验对太阳中微子磁矩的研究进行了文献综述。
关键词:太阳中微子; 磁矩; 弹性散射; SSM; 中微子振荡
中微子作为轻子的一种,是自然界中最基本的粒子之一。在标准模型中,中微子是无质量的,呈电中性,自旋为1/2的粒子。随着“太阳中微子消失之谜”“大气中微子反常”等现象的发生,我们发现了中微子振荡现象。而中微子振荡现象的前提是中微子具有质量!由此看来,标准模型也存在着一定的局限性。我们也可以假设呈电中性的中微子也有可能具有电磁性质。
其实,中微子电磁性质的研究由来已久。P.Pal and L.Wolfenstein等人曾在最小修正标准模型(中微子有质量、只加入右手中微子)下研究中微子磁矩[1]。他们对Dirac中微子磁矩和电矩进行直接地单圈计算,最终求得Dirac中微子磁矩为。由该式可知,在标准模型中,Dirac中微子磁矩正比于中微子质量。P.Pal and L.Wolfenstein等人还通过最小修正标准模型计算得到Majorana中微子磁矩为零。这是理论上通过计算所得到的中微子磁矩的数量级。2009年A.G.Beda通过实验(目前主要是通过中微子—电子弹性散射实验来获得中微子磁矩)所测得的中微子磁矩的上限为。这与最小修正标准模型的理论预言值差了整整8个数量级!随着实验的不断改进,中微子磁矩的上限有望变得更为精确。目前大部分实验都是通过中微子—电子发生弹性散射来获得中微子磁矩的上限。但其研究方法、思路和角度却各不相同。比如超级神冈(The Super-Kamiokande)实验通过拟合日夜的太阳中微子光谱(高于5MeV),获得中微子磁矩的上限为(90%置信度);KamLAND利用其它的太阳中微子的信息,得到中微子的磁矩为(90%置信度)等[2]。
(一)研究方法
(1)利用超级神冈探测器,通过spin-flavour和MSW谐振转换测磁矩
Ana M. Mouro and Anna Rossi等人在1999年发表的《Neutrino Magnetic Moment and Solar Neutrino Experiments》中利用超级神冈探测器,研究了中微子的非零磁矩对中微子—电子弹性散射的影响。在文章中,作者等人考虑了Dirac和Majorana中微子这两种情况。他们还研究了具有非零质量差的两个中微子体系(),通过研究太阳内部的spin-flavour谐振转换(—)和Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein(MSW)谐振转换(—),分析并得到了到达地球的三种“味道”的中微子通量[3]:
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