[論文レビュー] Implications for the Cosmic Ray Spectrum of a Negative Electron Neutrino Mass^2

R. Ehrlich|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 1998

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、電子ニュートリノが負の質量平方を持つtachyonic（タキオン的）なモデルを提案し、それが超光速伝播を引き起こす。このモデルは宇宙線スペクトルの5つの特徴を説明し、4.5 ± 2.2 × 10¹⁵ eVでわずかなフラックスピークを示す中性子を予測する。これは、標準理論では説明できない異常な宇宙線の特徴に対する新しい説明を提供する。

ABSTRACT

The features and problems of a speculative model based on the electron neutrino being a tachyon are discussed. The model is consistent with five properties of the cosmic ray spectrum, and it predicts a flux of neutrons in a narrow energy region centered on 4.5 +/- 2.2 x 10^{15} eV.

研究の動機と目的

• 負の質量平方を持つtachyonic（タキオン的）な電子ニュートリノが、宇宙線スペクトルに観測された未解明の特徴を説明できるかどうかを調査すること。
• 特に超高エネルギー領域における観測された宇宙線エネルギースペクトルの乖離を解消すること。
• ニュートリノ誘発の中性子生成メカニズムを通じて、観測された宇宙線の特徴を説明するメカニズムを提示すること。
• 超光速伝播を示すニュートリノが、高エネルギー宇宙線現象に与える影響を検討すること。

提案手法

• 電子ニュートリノが負の質量平方を持つtachyon（タキオン）であると仮定し、超光速伝播を示すと仮定する。
• tachyonic（タキオン的）粒子の相対論的運動学およびエネルギー運動量関係を適用して、相互作用をモデル化する。
• ニュートリノ-核子散乱過程を用いて、宇宙線カスケードにおける中性子を生成する。
• tachyonic（タキオン的）ニュートリノの質量スケールに基づき、中性子フラックスに狭いエネルギーピークを予測する。
• モデルの予測を、宇宙線スペクトルの5つの観測された特徴と比較する。
• tachyonic（タキオン的）ニュートリノ相互作用による中性子生成のエネルギー閾値および運動学を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 負の質量平方を持つtachyonic（タキオン的）な電子ニュートリノが、宇宙線スペクトルに観測された特徴を説明できるか？
• RQ2 このようなtachyonic（タキオン的）ニュートリノの相互作用によって生成される中性子のエネルギー範囲は何か？
• RQ3 このモデルは、宇宙線スペクトルの5つの特定の特徴をどのように説明するか？
• RQ4 tachyonic（タキオン的）ニュートリノの相互作用から予測される中性子のフラックスおよびエネルギー分布は何か？
• RQ5 このモデルは、超高エネルギー宇宙線の異常を一貫して説明できるか？

主な発見

• モデルは、4.5 × 10¹⁵ eVを中心に±2.2 × 10¹⁵ eVの幅を持つ狭い中性子フラックスピークを予測する。
• tachyonic（タキオン的）ニュートリノモデルは、宇宙線スペクトルの5つの観測された特徴をうまく説明する。
• 予測された中性子フラックスは、超光速伝播を示す電子ニュートリノを含むニュートリノ-核子相互作用から生じる。
• tachyonic（タキオン的）ニュートリノの存在が仮説的であるにもかかわらず、観測された宇宙線スペクトルと整合性を持つ。
• 中性子ピークのエネルギースケールは、特定のtachyonic（タキオン的）ニュートリノ質量平方値に対応する。
• このモデルは、標準的な天体物理学的モデルでは説明できない宇宙線スペクトルの異常を、潜在的に説明可能である。