[論文レビュー] Inconsistence of super-luminal Opera neutrino speed with SN1987A neutrinos burst and with flavor neutrino mixing

Daniele Fargion, D. DʼArmiento|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2011

Neutrino Physics Research被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、SN1987Aのニュートリノ爆発データとニュートリノフレーバー混合の観測と整合性を検証することで、Opera-CERNが提唱する超光速ニュートリノの主張に反論している。すべての提案されたモデル—tachyonic質量、反tachyon、および分離フレーバー速度—は、観測データと超光速速度を両立させることができず、結論としてOpera実験における時間同期の誤差が最も妥当な説明であると結論づけている。

ABSTRACT

We tried to fit in any way the recent Opera-Cern claims of a neutrino super-luminal speed with observed Supernova SN1987A neutrino burst and all (or most) neutrino flavor oscillation. We considered three main frame-works: (1) A tachyon imaginary neutrino mass, whose timing is nevertheless in conflict with observed IMB-Kamiokande SN1987A burst by thousands of billion times longer. (2) An ad hoc anti-tachyon model whose timing shrinkage may accommodate SN1987A burst but greatly disagree with energy independent Cern-Opera super-luminal speed. (3) A split neutrino flavor speed (among a common real mass relativistic neutrino electron component and a super-luminal neutrino {\mu}) in an ad hoc frozen speed scenario that is leading to the prompt neutrino de-coherence and the rapid flavor mixing (between electron and muon ones) that are in conflict with most oscillation records. Therefore we concluded that an error must be hidden in Opera-Cern time calibration (as indeed recent rumors seem to confirm). We are also reminding the relevance of the guaranteed minimal atmospheric neutrino mass whose detection may be achieved by a milliseconds graviton-neutrino split time delay among gravity burst and neutronization neutrino peak in any future SN explosion in Andromeda recordable in Megaton neutrino detector.

研究の動機と目的

• Opera-CERNの超光速ニュートリノ速度の主張が、SN1987Aの観測されたニュートリノ爆発と整合するかどうかを検証すること。
• 超光速ニュートリノの理論的モデルが、SN1987Aのデータとニュートリノフレーバー混合の記録の両方を説明できるかどうかを評価すること。
• 実験的制約の観点から、tachyonic、反tachyonic、および分離フレーバー速度ニュートリノモデルの妥当性を評価すること。
• ニュートリノ実験における正確な時間同期の重要性を強調し、将来のアンドロメダ銀河の超新星観測の可能性を示すこと。

提案手法

• 観測された10秒間のニュートリノ爆発ウィンドウを用いて、SN1987Aのニュートリノ爆発のタイミングを分析し、超光速ニュートリノ速度を制約すること。
• 虚数質量を持つtachyonモデルを評価し、観測された時間遅れよりも何千億倍も長い遅れを予測することを示した。
• SN1987Aに適合するように時間収縮を導入した反tachyonモデルを提案したが、Opera-CERNが報告したエネルギーに依存しない超光速速度と矛盾することを示した。
• 電子ニュートリノは実質量を持ち、ミューオンニュートリノは超光速で移動するという分離フレーバー速度モデルを導入し、急速なフレーバー混合を引き起こした。
• 分離フレーバー速度モデルにおける非干渉性と混合率を評価し、既知の混合データと矛盾することを明らかにした。
• ニュートリノ質量と重力-ニュートリノ時間遅れに関する理論的制約を用い、将来のアンドロメダ銀河での観測可能性を示唆した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Opera-CERNの超光速ニュートリノ速度は、SN1987Aのニュートリノ爆発のタイミングと整合することができるか？
• RQ2 SN1987Aのデータを踏まえると、超光速速度を示すtachyonicまたは反tachyonニュートリノモデルは依然として妥当性を保っているか？
• RQ3 電子ニュートリノとミューオンニュートリノが異なる速度で移動する分離フレーバー速度モデルは、観測されたニュートリノ混合パターンと整合するか？
• RQ4 ニュートリノフレーバー混合と非干渉性率は、超光速ニュートリノモデルにどのような制約を課えるか？
• RQ5 将来のアンドロメダ銀河の超新星観測は、重力的および中性子生成ニュートリノ信号の時間遅れを用いて、最小限の大気ニュートリノ質量をどのように検証できるか？

主な発見

• 虚数質量を持つtachyonicニュートリノモデルは、観測された10秒間のSN1987A爆発ウィンドウよりも何千億倍も長い時間遅れを予測する。
• 反tachyonモデルはSN1987Aのタイミングに適合するが、Opera-CERNが報告したエネルギーに依存しない超光速速度を再現できない。
• 分離フレーバー速度モデルは、急速なニュートリノ非干渉性とフレーバー混合を引き起こし、実験で観測された遅い混合パターンと矛盾する。
• 超光速ニュートリノモデルを検証したすべてのモデルは、SN1987Aのデータまたはニュートリノ混合記録のいずれかと整合しないことが判明し、超光速仮定に根本的な欠陥があると結論づけた。
• 本論文は、Opera-CERN実験における時間同期の誤差が、超光速結果の最も妥当な説明であると結論づけた。
• 将来、メガトン級ニュートリノ検出器を用いてアンドロメダ銀河の超新星を観測することで、重力的および中性子生成ニュートリノ信号のミリ秒単位の遅れを用いて、最小限の大気ニュートリノ質量を特定できる可能性がある。