Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
"Ч+"Ч+»Ч < ЮО эВ. (108.1)
С точки зрения экспериментатора, которому хочется, чтобы все выглядело «понятно», значение тУ!Ф0 представляется более естественным, чем mv = 0. Действительно, заряженные лептоны разных сортов (е, п., т) различаются не только лептонными зарядами Ье, Ьц, LT (т. е. характером взаимодействия), но и значениями масс, а соответствующие им нейтрино при т„=0— только лептонным зарядом: И хотя мы не знаем, как объяснить, почему в рамках слабого взаимодействия теФт1Лфтх (электромагнитное взаимодействие у всех заряженных лептонов одинаковое), но это различие все-таки является очень наглядной иллюстрацией ЬеФЬ^ФЬх.
В случае нейтрино эта наглядность исчезает. Непонятно, как представить себе отличие ve от уц и vT при т„ = 0. Разное вещество? Различная топология устройства? В этом смысле существование у-кванта с wY = 0 не создает прецедента, так как он обладает другой природой взаимодействия и для него есть теоретический запрет на пгуфО. Для нейтрино дело обстоит иначе.
$ 108. Современные вопросы нейтринной физики
201
С точки зрения релятивистской квантовой теории фермионов значение туф0 так же допустимо, как и mv=0 (в теории нет запрета на тчФ0, аналогичного запрету, существующему для у-кванта). Однако следствия, к которым приводит предположение о тчФ0, различны в разных вариантах теории. Теоретики говорят, что нейтрино может иметь дираковскую или майорановскую массу.
В соответствии с теорией Дирака при mv^0 нейтрино (подобно электрону) может иметь четыре состояния: два (уа и vn) с лептонным зарядом +1 и два (уп и vn) с — 1, однако из-за нарушения закона сохранения пространственной четности в слабом взаимодействии участвуют только ул и vn, а \л и vn «стерильны» относительно всех взаимодействий (включая универсальное слабое). Участие \>л и vn в слабых взаимодействиях можно обнаружить лишь с относительной вероятностью (mv/Ev)2, которая чрезвычайно мала по сравнению с вероятностью универсального слабого взаимодействия из-за mv <§; Еч («очень слабое взаимодействие»).
Наглядно возможность преобразования «стерильных» v„ и vn в «нормальные» vn и v„ вытекает из того, что нейтрино с тчФ0, которое движется со скоростью v<c, можно догнать и перегнать, находясь на системе координат, имеющей скорость t>! > v. Очевидно, что в этой системе координат «стерильные» нейтрино v„ и Vj, будут иметь противоположную спиральность, т. е. преобразуются в «нормальные» нейтрино ул и v„ и, следовательно, будут «нормально» (нормально слабо) взаимодействовать с протонами и нейтронами детектора. Естественно, что вероятность такого процесса тем меньше, чем ближе и к с, т. е. чем меньше масса нейтрино. Заметим, что двойной безнейтринный 2{}(0у)-распад по Дираку запрещен законом сохранения лептонного заряда в смысле vg^ve. Вместе с тем предположение о нарушении закона сохранения лептонного заряда в смысле v^v^ и т. п. (допустимое в теории Дирака) должно привести при mv^0 к нейтринным осцилляциям.
Если в рамках теории Дирака предположить, что mv = 0, то с учетом несохранения четности это приводит к двухком-понентному варианту теории, согласно которому существуют только ул и vn со 100%-ной поляризацией, переходы, между которыми строго запрещены по спиральности и закону сохранения лептонного заряда (v^v). В частности, в этом случае и 2Р(0у)-распад запрещен, так сказать, дважды. Иногда вариант теории Дирака с mv=0 называют теорией Вейля, который предложил ее в 1929 г. до обнаружения несохранения четности, в связи с чем она в свое время не была признана.
В отличие от теории Дирака в теории Майораны предполагается, что v = v, т. е. допускается небольшое (не
202
Глава XVIII. Лептоны
противоречащее опыту) нарушение закона сохранения лептонного заряда в смысле \ф\ (AJL = 2). В связи с этим в теории Майораны существуют только два нейтринных состояния \ (=\я) и vn( = vn), которые отличаются знаком спиральности. Для отличия майорановских нейтрино от дираковских будем пользоваться значками в верхнем индексе: v и уд.
Предположим, что т^ФО (есть майорановская масса нейтрино), тогда Vм и Vм могут переходить друг в друга по той же схеме («догнать и перегнать»), что и в теории Дирака, но из-за нарушения закона сохранения лептонного заряда здесь становится возможным 2Р(0у)-распад:
Другое предположение о массе нейтрино в рамках теории Майораны (/и"=0), казалось бы, однозначно приводит к невозможности 2Р(0у)-распада из-за отсутствия переходов vM<-+ vM. Однако это заключение Справедливо с точностью до отсутствия правых токов, примесь которых современный эксперимент не запрещает*.
Итак, обнаружение 2Р(0у)-распада однозначно указывает на майорановский тип нейтрино ст^фО или т J1=0. Чтобы различить эти два случая, надо измерить энергетические спектры и угловые распределения электронов 2р(0у)-распада, которые различны для 2р(0у)-распада, обусловленного т^ФО и правыми токами.
К сожалению^ экспериментальное наблюдение 2P(0v)-pac-пада—очень трудная задача из-за чрезвычайно большого и плохо рассчитываемого периода полураспада. Одно время считали, что это не так из-за примерно в 106 раз большего фазового объема у виртуальных нейтрино, образующихся в 2р(0у)-распаде, по сравнению с реальными нейтрино 2p(2v)-распада. Однако это правильное соображение нейтрализуется малостью нарушения закона сохранения лептонного заряда (необходимого для vM=vM), незнание величины которого затрудняет вычисление матричного элемента 2р(0у)-перехода**.
