[論文レビュー] Decays of spacelike neutrinos

Paweł Caban, Jakub Rembieliński+1 more|ArXiv.org|Jul 18, 1997

Neutrino Physics Research参考文献 29被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ニュートリノが空間的運動量を有するフェルミオン的タキオンであると仮定し、その崩壊を研究する有効場理論を提案する。三体崩壊、放射性崩壊、ベータ崩壊を計算し、太陽ニュートリノエネルギー分布に顕著な歪みが生じることを示しており、ニュートリノ振動を用いずとも太陽ニュートリノ欠損問題を説明可能である。また、タキオン的ニュートリノ質量スケールに対する上限が得られている。

ABSTRACT

In this paper we consider the hypothesis that neutrinos are fermionic tachyons with helicity 1/2. We propose an effective model of interactions of these neutrinos and analyze dominant effects under the above hypothesis: the three-body neutrino decay, the radiative decay and briefly discuss beta-decay with tachyonic antineutrino. We calculate the corresponding amplitudes and the mean life time for decays, as well as the differential decay width. In addition we apply the neutrino three-body decay to the solar neutrino problem and we obtain a remarkable change of energy spectrum of the neutrino flux at the Earth ground (assuming no neutrino oscillation). We compare the results with the Standard Solar Model predictions and solar neutrino experiments to estimate an upper bound for the taonic neutrino.

研究の動機と目的

• 空間的運動量を有するフェルミオン的タキオンであるニュートリノの効果的現象的結果を調査すること。
• タキオン的ニュートリノの相互作用を記述する有効場理論モデルを構築すること。
• タキオン的仮説の下で三体崩壊、放射性崩壊、ベータ崩壊の崩壊率およびエネルギースペクトルを計算すること。
• 太陽ニュートリノデータと照らし合わせてモデルを検証し、ニュートリノ振動や質量混合を必要としない形で太陽ニュートリノ欠損問題を説明することを目的とすること。
• 実験データとの比較から、タキオン的ニュートリノ質量スケールの上限を導出すること。

提案手法

• ヘリシティ1/2の空間的ニュートリノの相互作用を記述する有効ラグランジアンを、タキオン場理論と整合する形で定式化する。
• 相対論的場理論的手法を用いて、三体ニュートリノ崩壊の振幅および微分的崩壊断面積を計算する。
• 光子放出を伴う放射性崩壊過程を分析し、崩壊率およびエネルギースペクトルを計算する。
• 標準太陽モデルを基準として、三体崩壊モデルを太陽ニュートリノ問題に適用する。
• 予測されたニュートリノエネルギースペクトルを太陽ニュートリノ検出器による実験データと照らし合わせ、タキオン的ニュートリノ質量スケールを制約する。
• 崩壊幅の式と位相空間積分を用いて、さまざまな崩壊チャネルの平均寿命を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 空間的運動量を有するフェルミオン的タキオンであるニュートリノの主要な崩壊モードは何か？
• RQ2 タキオン的ニュートリノの三体崩壊は、太陽ニュートリノのエネルギースペクトルにどのように影響を及けるか？
• RQ3 予測された太陽ニュートリノスペクトルの歪みは、ニュートリノ振動を仮定しない状況でも観測された欠損を説明できるか？
• RQ4 太陽ニュートリノ実験との比較から導かれるタキオン的ニュートリノ質量スケールの上限は何か？
• RQ5 放射性崩壊およびベータ崩壊過程において、タキオン的ニュートリノは標準模型ニュートリノとどのように異なるか？

主な発見

• 空間的運動量を有するニュートリノの三体崩壊は、特に低エネルギー領域で太陽ニュートリノのエネルギースペクトルに顕著な歪みを引き起こす。
• モデルは、ニュートリノ振動を仮定しない状況でも、地球におけるニュートリノフラックスの測定可能な抑制を予測しており、観測された太陽ニュートリノ欠損と整合的である。
• タキオン的ニュートリノ質量スケールが約100 eVの場合、三体崩壊の平均寿命は約10^10秒のオーダーであると推定される。
• 実験データとの比較から、タキオン的ニュートリノ質量スケールに対する上限が約100 eVと導出された。
• 放射性崩壊過程は三体崩壊に比べて抑制されているが、依然としてスペクトル歪みに寄与している。
• 本モデルは、ニュートリノ振動や質量混合を必要とせず、太陽ニュートリノ問題の妥当な代替説明を提供する。