Efeito Mikheyev – Smirnov – Wolfenstein - Mikheyev–Smirnov–Wolfenstein effect

O efeito Mikheyev – Smirnov – Wolfenstein (freqüentemente referido como efeito da matéria ) é um processo da física de partículas que pode atuar para modificar as oscilações dos neutrinos na matéria . Trabalhos em 1978 e 1979 pelo físico americano Lincoln Wolfenstein levaram ao entendimento de que os parâmetros de oscilação dos neutrinos são alterados na matéria. Em 1985, os físicos soviéticos Stanislav Mikheyev e Alexei Smirnov previram que uma lenta diminuição da densidade da matéria pode aumentar de forma ressonante a mistura de neutrinos. Mais tarde, em 1986, Stephen Parke do Fermilab , Hans Bethe da Cornell University e S. Peter Rosen e James Gelb do Laboratório Nacional de Los Alamos forneceram tratamentos analíticos para esse efeito.

Explicação

A presença de elétrons na matéria altera os níveis de energia dos autoestados de propagação ( autoestados de massa) dos neutrinos devido ao espalhamento direto coerente da corrente carregada dos neutrinos do elétron (isto é, interações fracas ). O espalhamento direto coerente é análogo ao processo eletromagnético que leva ao índice de refração da luz em um meio. Isso significa que os neutrinos na matéria têm uma massa efetiva diferente dos neutrinos no vácuo e, uma vez que as oscilações dos neutrinos dependem da diferença de massa quadrada dos neutrinos, as oscilações dos neutrinos podem ser diferentes na matéria do que no vácuo. Com os antineutrinos, o ponto conceitual é o mesmo, mas a carga efetiva à qual a interação fraca se acopla (chamada de isospin fraca ) tem um sinal oposto. Se a densidade de elétrons da matéria muda ao longo do caminho dos neutrinos, a mistura de neutrinos atinge o máximo em algum valor da densidade e depois volta; leva à conversão ressonante de um tipo de neutrinos em outro.

O efeito é importante nas densidades de elétrons muito grandes do Sol, onde os neutrinos de elétrons são produzidos. Os neutrinos de alta energia vistos, por exemplo, no Observatório de Neutrinos de Sudbury (SNO) e no Super-Kamiokande , são produzidos principalmente como o autoestato de maior massa na matéria ν ₂ e permanecem como tal conforme a densidade do material solar muda. Assim, os neutrinos de alta energia que saem do Sol estão em um autoestado de propagação de vácuo, ν ₂ , que tem uma sobreposição reduzida com o neutrino de elétrons visto por reações de corrente carregada nos detectores. ${\ displaystyle \ nu _ {\ text {e}} = \ nu _ {1} \ cos \ theta + \ nu _ {2} \ sin \ theta}$

Evidência experimental

Para neutrinos solares de alta energia, o efeito RSU é importante e leva à expectativa de que , onde está o ângulo de mistura solar . Isso foi dramaticamente confirmado no Sudbury Neutrino Observatory (SNO), que resolveu o problema do neutrino solar . SNO mediu o fluxo de neutrinos de elétrons solares em ~ 34% do fluxo total de neutrinos (o fluxo de neutrinos de elétrons medido por meio da reação de corrente carregada e o fluxo total por meio da reação de corrente neutra ). Os resultados do SNO estão de acordo com as expectativas. Anteriormente, Kamiokande e Super-Kamiokande mediram uma mistura de reações de corrente carregada e corrente neutra, que também suportam a ocorrência do efeito MSW com uma supressão semelhante, mas com menos confiança. ${\ displaystyle P _ {\ text {ee}} = \ sin ^ {2} \ theta}$${\ displaystyle \ theta}$

Probabilidade de sobrevivência de neutrinos solares conforme previsto pela teoria do MSW. A linha contínua é para os neutrinos que são detectados durante o dia, a pontilhada para os neutrinos que são detectados à noite e que passam pela Terra, em "regeneração". As 4 faixas verticais indicam os valores das energias nas quais a probabilidade de sobrevivência foi medida, por meio de pp , ⁷ Be , pep e ⁸ B neutrinos solares, respectivamente.

Para os neutrinos solares de baixa energia, por outro lado, o efeito da matéria é desprezível e o formalismo das oscilações no vácuo é válido. O tamanho da fonte (ou seja, o núcleo solar) é significativamente maior do que o comprimento de oscilação, portanto, obtendo-se a média sobre o fator de oscilação . Para θ  = 34 °, isso corresponde a uma probabilidade de sobrevivência de P _ee  ≈ 60%. Isso é consistente com as observações experimentais de neutrinos solares de baixa energia pelo experimento Homestake (o primeiro experimento a revelar o problema do neutrino solar), seguido por GALLEX , GNO e SAGE (coletivamente, experimentos radioquímicos de gálio ) e, mais recentemente, o Experiência de borexino , que observou os neutrinos de pp (<420 keV) , ⁷ Be  (862 keV), pep (1,44 MeV) e ⁸ B (<15 MeV) separadamente. As medições do Borexino por si só verificam o padrão MSW; no entanto, todos esses experimentos são consistentes uns com os outros e nos fornecem fortes evidências do efeito RSU. ${\ displaystyle P _ {\ text {ee}} = 1 - {\ tfrac {1} {2}} \ sin ^ {2} \ left (2 \ theta \ right)}$

Esses resultados são posteriormente suportados pelo experimento do reator KamLAND , que é o único capaz de medir os parâmetros de oscilação que também são consistentes com todas as outras medições.

A transição entre o regime de baixa energia (o efeito RSU é desprezível) e o regime de alta energia (a probabilidade de oscilação é determinada pelos efeitos da matéria) fica na região de cerca de 2 MeV para os neutrinos solares.

O efeito MSW também pode modificar as oscilações de neutrinos na Terra, e pesquisas futuras por novas oscilações e / ou violação de CP leptônica podem fazer uso desta propriedade.

Veja também

• Oscilações de neutrino

Referências

Citações

Bibliografia