70 votos

Donde están todos los lentos de los neutrinos?

La forma convencional de los físicos describen los neutrinos es que tienen una muy pequeña cantidad de masa que se supone que están viajando casi a la velocidad de la luz. He aquí una Wikipedia cita que también se refleja en muchos libros de texto:

Se supuso durante mucho tiempo en el marco del modelo estándar de la física de partículas, que los neutrinos sin masa. Por lo que debe viajar a la velocidad de la luz según la relatividad especial. Sin embargo, desde el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos se supone que poseen una pequeña cantidad de masa.1 por Lo que debe viajar un poco más lento que la velocidad de la luz... -- Wikipedia (Mediciones de la Velocidad del Neutrino)

Tomado en su valor nominal, este lenguaje es muy engañosa. Si una partícula tiene masa (no importa cuán pequeño), su velocidad es completamente relativo, y decir que los neutrinos viajan casi a la velocidad de la luz, sin cualificación, es tan incorrecto como decir los electrones o las bolas de billar viajar casi a la velocidad de la luz.

Entonces, ¿cuál es la razón por la que todos se repite esta descripción? Es porque todos los neutrinos se detecta en la práctica de viajar casi a la velocidad de la luz? Si es así, entonces tengo esta pregunta:

Los Neutrinos llegan a nosotros desde todas las direcciones y de todo tipo de fuentes (estrellas, reactores nucleares, aceleradores de partículas, etc.), y ya que tienen masa, como los electrones, yo habría pensado que deberíamos ver viajando en todo tipo de velocidades. (Seguramente algunos cósmico de neutrinos viajan lejos de la tierra a velocidades muy altas, por ejemplo. ¿Y qué acerca de los neutrinos emitidos de partículas en los aceleradores?)

Así que, como dije al inicio: ¿Dónde están todos los lentos de los neutrinos? Y ¿por qué perpetuar la engañosa frase: "cerca de la velocidad de la luz' (es decir, sin contextual de la calificación)?

70voto

アリスター Puntos 71

Estrictamente hablando, de hecho, es incorrecto que los neutrinos viajan a "cerca de la velocidad de la luz". Como usted dice, ya que tienen masa pueden ser tratados igual que cualquier otro objeto masivo, como las bolas de billar. Y, como tales, son sólo viajan a casi la velocidad de la luz relativa a algo. En relación a otro co-movimiento de los neutrinos sería en el resto.

Sin embargo, el enunciado es cierto para casi todos los propósitos prácticos. Y no importa en qué marco de referencia que usted mira un neutrino. La razón es que un no-relativista neutrino no interactúa con nada. O en otras palabras: todos los neutrinos pueden detectar necesariamente tiene que tener relativista de velocidades.

Permítanme elaborar. Desde los neutrinos sólo interactúan débilmente ya están extremadamente difícil de detectar, incluso si tienen altas energías (> GeV). Si usted va a reducir cada vez más las energías de interacción de la sección transversal también disminuye más y más. Pero hay otro punto importante. La mayoría de los procesos de interacción de neutrinos tienen una energía umbral para que se produzca. Por ejemplo, la inversa de la desintegración beta

$$ \bar\nu_e + p^+ \rightarrow n + e^+$$

en el que un antineutrino convierte en un protón en un neutrón y un positrón, y que se utiliza a menudo como un proceso de detección de neutrinos, tiene un umbral de 1.8 MeV antineutrino de energía. El neutrón y el positrón son más masivas que el antineutrino y el protón, por lo que el antinneutrino debe tener la energía suficiente para producir la masa sobrante del estado final (1.8 MeV). Por debajo de esa energía la (anti)neutrinos no pueden someterse a esta reacción.

Una reacción con un particular bajo el umbral es el elástico de la dispersión de un electrón en un átomo. Esto sólo requiere un umbral de energía de la orden de eV (que es necesaria para poner el electrón en un alto nivel de energía atómica). Pero un neutrino con eV energías todavía sería relativista!

Suponiendo que un neutrino tiene una masa de alrededor de 0.1 eV, esto todavía significa un factor de gamma de $\gamma\approx 10$. Para un neutrino no-relativista tendría que tener una energía cinética en la mili-rango eV y abajo. Este es el esperado rango de energía de Fondo Cósmico de Neutrinos, las reliquias de los primeros tiempos del universo. Son por decirlo así, el neutrino versión de la radiación Cósmica de Fondo de Microondas. Así que no sólo no relativista neutrinos existen (de acuerdo a incorporar en los modelos cosmológicos), son también todos los que nos rodean. De hecho, su densidad en la Tierra es $\approx$50 veces mayor que la de los neutrinos del Sol!

Hay un gran debate sobre si alguna vez podrán ser detectado experimentalmente. Hay un par de sugerencias (e incluso un prototipo de experimento), pero hay diferentes opiniones acerca de la viabilidad práctica de tales intentos. El único proceso a la izquierda de neutrinos en una de esas pequeñas energías es neutrino-inducida por la desintegración de los núcleos inestables. Si usted tiene ya un isótopo radiactivo, es como el neutrino daría un poco de "empuje sobre el borde". El $\beta$-electrones liberados en la inducida por la desintegración sería entonces recibir un poco más de energía que el P-valor de la descomposición espontánea y experimental de la firma sería un pequeño pico a la derecha de la normal $\beta$-espectro. Esta será extremadamente raro de proceso y el gran problema es la construcción de un aparato con una buena cantidad de energía suficiente resolución para que el pico puede ser distinguido desde el espectro de la normal espontánea de la desintegración nuclear (en medio de todo el fondo). El experimento Katrin está tratando de medir el parámetro de $\beta$espectro de Tritio en el fin de determinar la masa del neutrino. Pero en circunstancias muy favorables incluso tienen la oportunidad de detectar este tipo de firma del fondo cósmico de neutrinos.

TL;DR: De hecho, hay no-relativista de los neutrinos por todo el lugar, pero que interactúan de manera tremendamente poco que parecen no existir en absoluto.

27voto

Rob Jeffries Puntos 26630

La detección experimental de la lentitud de los neutrinos es, de hecho, un gran problema, pero uno que es muy importante.

El cósmico de neutrinos de fondo está a una temperatura de alrededor de 2K y es probable que consisten en no-relativista de los neutrinos para plausible neutrino resto masas - con una densidad de alrededor de 340 cm$^{-3}$ (todos los sabores). Es a esta baja temperatura para, precisamente, la razón por la que usted sugiere - es emitida a un corrimiento al rojo de alrededor de $10^{10}$.

Por supuesto, hay evidencia indirecta de estos neutrinos desde el fondo cósmico de microondas (Follin et al. 2015), pero los esfuerzos para detectar directamente a estos neutrinos está en marcha - ver Faessler et al. (2016) y KATRIN.

Un pensamiento interesante, es que si de alguna manera podría obtener su aparato sobre una plataforma en movimiento, entonces no sería un cambio apreciable a la C$\nu$B eficiencia de detección en el "foward" frente a la dirección, si usted podría acelerar a velocidades relativistas. Supongo que este es el escenario opuesto a su pregunta - usted estaría haciendo la lentitud de los neutrinos relativista por su movimiento relativo.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X