[論文レビュー] Lepton flavor eigenstates do not exist if neutrinos are massive: `Neutrino oscillations' reconsidered

J.H. Field|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2003

Neutrino Physics Research参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ニュートリノが質量を持つ場合、標準模型の振幅においてレプトンのフレーバー固有状態が存在しないと主張している。これはニュートリノ振動の標準的枠組みを無効にするとする。ニュートリノがパイオンおよびカイオンの崩壊から不規則に生成されることで、振動位相が変更され、ミュオンニュートリノの消失率に検証可能な差が生じる。これは長基盤実験で調べられる可能性がある。

ABSTRACT

If neutrinos are massive, `lepton flavour eigenstates' are absent from the amplitudes of all Standard Model processes. Measurements of $\Gamma(\pi o e u)/\Gamma(\pi o \mu u)$ and of the MNS matrix are shown to exclude the existence of such states. Incoherent production of neutrinos of different flavour modifies the usual oscillation phase derived assuming production of a lepton flavour eigenstate. The new prediction can be tested in long line-base experiments by comparison of `$ u_{\mu}$ disappearance' of neutrinos from pion and kaon decay.

研究の動機と目的

• ニュートリノが質量を持つ場合、標準模型においてレプトンのフレーバー固有状態が存在すると仮定する基礎的仮定に挑戦すること。
• フレーバー固有状態の不在が、ニュートリノ振動実験の解釈に与える影響を調査すること。
• パイオンおよびカイオンの崩壊からの不規則な生成に基づく、ニュートリノ振動の新しい理論的枠組みを提唱すること。
• 長基盤実験を用いて、新しいモデルと標準的振動枠組みを区別する、検証可能な予測を提示すること。

提案手法

• レプトンのフレーバー固有状態の存在を制限するため、Γ(π⁰ → eν) および Γ(π⁰ → μν) の崩壊率を分析する。
• MNS（ポンテコルヴォ–マキ–ナカガワ–マキ）混合行列を用いて、フレーバー固有状態仮定の整合性を評価する。
• 異なる崩壊からのニュートリノの不規則な生成を仮定したもとで、修正された振動位相を導出する。
• 新しい枠組みのもとで、パイオンおよびカイオン崩壊からのミュオンニュートリノの消失率を比較する。
• 量子場の理論の振幅を適用し、ニュートリノが質量を持つ場合、S行列にフレーバー固有状態が存在しないことを示す。
• パイオンおよびカイオン源からの長基盤ビームにおける νμ の消失を比較することで、直接的な実験的検証を提唱する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニュートリノが質量を持つ場合、標準模型においてレプトンのフレーバー固有状態は存在するか？
• RQ2 フレーバー固有状態の不在が、ニュートリノ振動位相の標準的導出に与える影響は何か？
• RQ3 新しい枠組みのもとで、パイオン崩壊ビームとカイオン崩壊ビームにおけるニュートリノ消失率に顕著な差異は生じるか？
• RQ4 MNS行列とパイオン崩壊分岐比は、フレーバー固有状態の存在を除外できるか？
• RQ5 長基盤実験において、新しい振動モデルと標準模型を区別する実験的シグネチャは何か？

主な発見

• 論文は、ニュートリノが質量を持つ場合、標準模型の過程の振幅においてレプトンのフレーバー固有状態が存在しないと結論づける。
• Γ(π⁰ → eν)/Γ(π⁰ → μν) の測定値とMNS行列パラメータが、フレーバー固有状態の存在と整合しないことが示された。
• 異なる崩壊からのニュートリノの不規則な生成は、標準式とは異なる修正された振動位相をもたらす。
• 新しいモデルは、パイオン崩壊とカイオン崩壊に由来するビームにおけるミュオンニュートリノの消失率に顕著な差を予測する。
• この差は、長基盤ニュートリノ振動実験において、モデルの直接的な実験的検証を可能にする。
• この枠組みは、ニュートリノ振動を質量固有状態の重ね合わせとして標準的に扱うことが、ニュートリノが質量を持つ場合に不適切であることを示唆する。