¿Son los neutrinos solo diferentes estados de una sola partícula, en esencia?

Question

Cuando la oscilación de Neutrinos fenómeno se analiza la mecánica cuántica, se dice que,

\begin{align} |\nu_e \rangle &= \cos(\theta) | \nu_1 \rangle + \sin(\theta) |\nu_2 \rangle,\\ |\nu_\mu \rangle &= -\sin(\theta )| \nu_1 \rangle + \cos(\theta) | \nu_2 \rangle,\end{align} donde $| \nu_1 \rangle, | \nu_2 \rangle$ de la energía eigenkets.

Después de este punto, el uso de algunos de maquinaria acerca de cómo la energía eigenkets evolucionar en el tiempo, se ha encontrado que un $\nu_e$ se convierte en $\nu_\mu$ con una cierta probabilidad de tener un carácter oscilatorio.

Sin embargo, cuando vi por primera vez este análisis, me encontré un par de minutos, porque antes de ese momento siempre me he imaginado en mi mente de que "tenemos una partícula, y tiene un estado $|\alpha \rangle $ ". Sin embargo, el argumento de arriba sugieren que todos los neutrinos, en un sentido, son simplemente diferentes estados de una sola partícula, así que nos dio diferentes nombres a los diferentes estados de un poco de "partícula" o "cosa".

Por ejemplo, en el experimento de Stern-Gerlach, se podría haber llamado átomos de plata que están subiendo como la plata, y a los demás como a plata; si hiciéramos eso, nos han llamado de diferentes estados de un solo átomo.

Pregunta:

En el caso de la oscilación de Neutrinos fenómeno, hasta qué punto la imagen mental descritas anteriormente, sería la correcta? Dónde no? ¿Hay algún otro tipo de fenómenos?

Answer 1

A ambos lados de las dos ecuaciones, hay dos diferentes partículas: La r.h.s. se lleva a cabo en la "base de masas", donde se identifica las partículas de $\lvert \nu_1\rangle$ e $\lvert \nu_2\rangle$. El l.h.s. vive en la "leptón", donde se identifica las partículas de $\lvert \nu_\mu\rangle$ e $\lvert \nu_\mathrm{e}\rangle$.

Estos son sólo dos opciones diferentes de base para el espacio de los neutrinos. La base de masa es natural cuando se mira en los estados estacionarios, pero el leptón base es natural cuando se quiere hablar acerca de las interacciones con otras partículas - es el $\lvert \nu_\mu\rangle$ que participa en la debilidad de las interacciones que implican muones, no uno de la base de masas de los estados.

En un nivel más general, una partícula estado es sólo otro estado cuántico. Y estados cuánticos siempre puede ser expresado como superposiciones de otros estados. Me podría definir dos "electrophotons" como las superposiciones $\lvert \gamma\rangle \pm \lvert \mathrm{e}\rangle$ de un fotón y un electrón estado y re-expresar todos los electrones y fotones a los estados en términos de electrophotons. No sería muy útil.

Tal vez ayuda a ver de que esta noción de re-evaluar nuestras nociones de la "mejor" opción de base para una partícula que los estados no es exclusiva de los neutrinos: Cuando pensamos acerca de los electrones y de cómo la interacción débil sólo a las parejas a los estados con un particular quiralidad, también encontramos que la noción de la "base de masas" de electrones puede ser expresado como la superposición de electrónica de estados con una cierta quiral. Es la masa de un electrón que se detecta, pero el quirales estados miembros que participan en la interacción débil (o no). Para más información sobre este caso en particular, ver esta respuesta de la mina.

Al final, estados cuánticos no son aptas para imaginarlos con nuestra clásica de la intuición. Estás sorprendido de que uno puede expresar una partícula estado como una superposición sobre todo porque su ontología de la "partícula" es intuitivamente clásica - una pequeña bola que se encuentra en el espacio. Pero eso no es cómo estados cuánticos de trabajo del estado de vectores se pueden superponer en una forma clásica que los estados no pueden.

Answer 2

La definición de lo que una partícula es y qué no es una pregunta complicada. Se trata básicamente de la convención.

En una partícula de la mecánica cuántica tiene una función de onda $\psi(x)$ que básicamente te dice cuál es la probabilidad de encontrar la partícula en la posición $x$. En la teoría cuántica de campos que tiene lugar una "función de onda" $\psi\{A^\mu(x)\}$ que le da la probabilidad de que el campo tiene la clásica configuración de $A^\mu$(x) (Por ejemplo, $A^\mu$ podría ser el campo electromagnético). Ahora elige uno de los "wavefunctions" $|\psi\{A^\mu(x)\}\rangle$ y simplemente lo definen como una partícula. En principio, básicamente, podría definir lo que quieras como una partícula.

En realidad es conveniente definir como autoestados de el momentum total del operador (es decir, tales que su partícula tiene un definitivo impulso) y de la Hamiltoniana (de tal manera que la partícula tiene una definida de energía). Eso significa que las partículas de los estados de definir dependen de la Hamiltoniana!

Ahora vuelve a las oscilaciones de neutrinos. Es debido a una masa de un término en el Hamiltoniano. Si se excluye a este a partir de su teoría tiene un Hamiltoniano que sólo tiene una energía cinética plazo. A continuación, se definen los neutrinos como autoestados (su $|\nu_e\rangle$ e $|\nu_\mu\rangle$) de este Hamiltoniano. Ahora agregue una masa plazo a la de Hamilton. Desde el Hamiltoniano es diferente también tendrá diferentes estados ($|\nu_1\rangle$ e $|\nu_2\rangle$). Estos son sólo superposiciones de los antiguos estados. Y ahora simplemente define como su nuevo partículas.

Las preguntas de si o no los neutrinos son sólo diferentes estados de la misma partícula, o no, es filosófica. Se puede decir que todas las partículas son sólo diferentes estados de una partícula. Este procedimiento descrito anteriormente no se limita a los neutrinos. Por ejemplo, en QED empezar con un "simple" de electrones y un "simple" de fotones. Cuando se agrega la interacción electromagnética encontrará que el real observable de electrones en realidad es una superposición de su edad electrones con los fotones. Así también se puede decir que los electrones y los fotones son sólo diferentes estados de una partícula.

Editar: Antes de que yo venga a tu pregunta acerca de los neutrinos van en gluon se me olvidó mencionar algo. Para definir las partículas de los estados que normalmente se tienen en cuenta no sólo Hamiltonianos y el impulso del operador, sino también todas las demás cantidades conservadas (como de carga, color, girar, ... lo que sea). Esto significa que las partículas que tienen un marcado la energía, el impulso, la carga, el color, girar, ... Esto significa que usted puede construir únicamente superposiciones que satisfacer este. Por ejemplo, una superposición de un neutrino (que no tiene color) con un gluon (que tiene color) no daría un estado definido de color (y sus prohibido por lo tanto). Sin embargo, es posible (y estoy bastante seguro de que esto se realiza en la naturaleza) para tener una superposición de un neutrino y dos gluones (donde los gluones tienen color opuesto, de tal manera que el total del color se desvanece.)

Ok, ahora ¿por qué no vemos un neutrino de entrar en un gluon? La razón es que la mezcla es super super super pequeño. ¿Sabe usted diagramas de Feynman? Imagina un diagrama donde un neutrino es de la venida de un neutrino se va fuera. Todo lo que puede ocurrir en medio de la mezcla en su estado. Queremos un neutrino y dos gluones. Por ejemplo, $\nu \to e^- + W^+$ y, a continuación, $W^+ \to u + \bar{u}$, entonces el $u$'s están emitiendo los gluones, a continuación, $u + \bar{u} \to W^+$ y, finalmente, $e^- + W^+ \to \nu$ nuevo. Sin embargo, hay muchos interacción de los vértices que participan aquí y con cada interacción en el diagrama hay una menor probabilidad de que el proceso ocurra. Por lo tanto, $\nu \to g$ es muy pequeña, mientras que, por ejemplo, $\nu_e \to \nu_\mu$ (que sólo necesita una interacción vértice) tiene una probabilidad mucho mayor.

Por lo general, las partículas de la mezcla cuando se tiene una interacción directa entre ellos. Tenga en cuenta que este es también el caso para el electrón + fotones de la mezcla debido a que los electrones interactúan directamente con los fotones.