Un experimento mental sobre los neutrinos

Question

No entiendo todos los detalles de la masa de Dirac, la masa de Majorana y muchas otras nociones "profundas".

Tengo en mente un experimento mental muy sencillo.

Debido a las oscilaciones de los neutrinos conozca los neutrinos tienen masa. Por lo tanto, su velocidad es inferior a $c$ .

Imagino un haz de neutrinos creado por algún experimento en un laboratorio. Son neutrinos, no antineutrinos, y tienen una energía mucho mayor que su masa en reposo. Así que tienen helicidad zurda.

Ahora imagino (esto es un experimento mental, ¿vale?) que algún laboratorio se mueve, con respecto al que los creó, a una velocidad tan muy, muy cercana a $c$ que adelantará al rayo, tan rápido que en el fotograma de este segundo laboratorio, la velocidad del rayo parece dirigirse hacia el laboratorio a una velocidad cercana a $c$ y, de hecho, opuesta a su velocidad en el marco del laboratorio que los creó.

En el marco de este nuevo laboratorio, las partículas que se dirigen hacia él tienen helicidad diestra.

Ahora pueden pasar dos cosas:

A) o bien interactúan con los instrumentos de ese laboratorio con la misma eficacia que en el laboratorio original, y esto significa, dado que tienen helicidad diestra, que ahora son antineutrinos como se ve en este laboratorio. Así que el número de leptones es no conservado.

B) o se conserva el número leptónico, siguen siendo neutrinos, pero al tener la helicidad diestra, es decir, la "incorrecta" para los neutrinos, interactuarían mucho, mucho menos que los neutrinos de la helicidad zurda correcta. Entonces son, en ese laboratorio, neutrinos estériles, pero su masa en reposo es la misma que para los "neutrinos normales" y esto suena mal.

¿Cuál es cuál? Y por favor, no me lances nociones complicadas que no puedo seguir, masa de Dirac vs Majorana, grupos de simetría, anomalías quirales, etc.

Sólo dime, A es correcto o B es correcto. Gracias.

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Bueno, gracias a vosotros he aprendido algo. Realmente confundí quiralidad y helicidad, y eso ha quedado aclarado.

Yo upvoted todos ustedes, pero no puedo acepte una respuesta a una pregunta tan mal planteada.

Pero sus respuestas sólo traen más preguntas.

En lugar de editar esta pregunta, creo que sería mejor formular una nueva. Tengo que digerir todo esto antes de formular una pregunta bien planteada (espero).

Si cuando esté listo, a partir de sus respuestas o comentarios, veo que hay consenso en que debería editarlo en lugar de pedir uno nuevo, lo haré.

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OK, entonces ici es donde está mi nueva pregunta.

Answer 1

Esto es la cuestión sobre las masas de neutrinos.

Si se sobrepasa un neutrino zurdo, y la partícula diestra interactúa como un antineutrino, entonces el neutrino es su propia antipartícula.

Si superas a un neutrino zurdo, y la partícula diestra es estéril porque la interacción débil no se acopla a partículas de materia diestra y el neutrino de materia no se acopla (a nivel de árbol) al electromagnetismo ni a la fuerza fuerte, entonces el neutrino y el antineutrino son diferentes.

El problema es que ambas posibilidades son coherentes con todos los datos de neutrinos que tenemos hasta ahora. Nadie sabe la respuesta a su pregunta.

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Ya que ahora hay varios comentarios y respuestas señalando que la quiralidad, a diferencia de la helicidad, est invariante bajo boosts, debo aclarar. Una partícula con masa tipo Dirac no puede tiene una quiralidad definida en su marco de reposo, y por lo tanto no puede tener constante quiralidad en cualquier otro marco. Yo estaba suponiendo implícitamente que "sobrepasar" al neutrino llevaba una cantidad finita de tiempo desde su creación en un estado quiral izquierdo, y que el neutrino en su marco de reposo había evolucionado hasta convertirse en una mezcla incoherente de componentes quirales izquierdos y derechos.

Se puede cambiar absolutamente si (o mejor, cuánto) una partícula con masa de Dirac participa en la interacción débil volteando su helicidad; pasé quince años haciendo esto con haces polarizados de electrones y neutrones.

Answer 2

No se trata de helicidad - que, como señala la pregunta, es algo que puede cambiar en función del marco de referencia-, sino sobre quiralidad (véase también esta respuesta mía ). Las dos nociones sólo son iguales para sin masa para las cuales la helicidad también es invariante de marco, ya que las partículas sin masa no tienen marco de reposo.

Así que cuando intentas correr más rápido que un neutrino, no pasa nada interesante. Su helicidad cambia, claro, pero no su quiralidad, que es lo que interesa a la interacción débil.

Si sabes un poco más sobre las partículas masivas y su quiralidad, puede que ahora te preocupe si el neutrino que se propaga entonces es o no realmente puramente zurdo - normalmente los fermiones masivos se propagan como una mezcla de quiralidades. Sin embargo, esto sólo es cierto para los fermiones con una "masa de Dirac", mientras que los que tienen una "masa de Majorana" no muestran este comportamiento - ver esta pregunta y sus respuestas para una discusión sobre si el neutrino puede tener una masa Majorana. Y puesto que no podemos ver la parte diestra de todos modos si es realmente estéril, es difícil obtener alguna aclaración experimental sobre esto excepto si realmente do encontrar un neutrino diestro en alguna parte.

Answer 3

Confundes helicidad con quiralidad. La quiralidad es invariante de Lorentz, es decir, no puede modificarse por adelantamiento. Cuando se habla de neutrinos zurdos, se quiere decir que son quirales izquierdos. Los neutrinos quirales derechos no existen (o como hipótesis neutrinos estériles, llamados así porque no interaccionan débilmente). Por tanto, es la quiralidad la que dicta el comportamiento en las interacciones.

No hay nada malo en que los neutrinos tengan la helicidad correcta.