[論文レビュー] MATTER INDUCED NEUTRINO DECAY: NEW CANDIDATE FOR THE SOLUTION TO THE SOLAR NEUTRINO PROBLEM

Infn Fe, Zurab Berezhiani+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 1993

Neutrino Physics Research参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、太陽の密度の高いコアにおける干渉的相互作用によって駆動される物質誘発ニュートリノ崩壊が、太陽ニュートリノ欠損を説明できると提唱している。ニュートリノがフレーバー変換を伴う弱い相互作用を通じてメジャオンに結合する場合、崩壊は電子ニュートリノに優先的に作用し、観測されたGa-GeおよびCl-Ar実験における欠損と一致するエネルギーが低下した反ニュートリノスペクトルを生成する。その結果、ZGA > ZK > ZCl となり、BOREXINO/BOREXおよびSNO検出器による検証が可能である。

ABSTRACT

Effects of the dense matter can induce the neutrino decay even if neutrinos are stable in vacuum. This is due to coherent interactions with matter which lead to energy level-splitting between the neutrino and antineutrino states and thereby provide available phase space for the majoron emission. We show that the matter induced decay can be a plausible candidate for the explanation of solar neutrino deficit, provided that there exist new flavour-changing weak range interactions of neutrino with matter constituents, and constant of τ-neutrino coupling to the majoron is sufficiently large. This mechanism naturally implies the hierarchy between the ratios Z = measured signal SSM expectation for Ga-Ge, νee scattering and Cl-Ar experiments - ZGA > ZK > ZCl. The important feature of the matter induced decay is the prediction of solar antineutrino flux with substantially degraded energy spectrum compared to solar neutrinos. This scenario can be unambiguously tested by future solar neutrino detectors BOREXINO/BOREX and SNO.

研究の動機と目的

• 標準太陽モデルによる予測と比較して観測されたニュートリノフラックスが低いという長年の太陽ニュートリノ欠損を解決すること。
• 特に実験的比の順序 ZGA > ZK > ZCl を説明できるように、密度の高い太陽物質によって誘発されるニュートリノ崩壊が差異を説明できるかどうかを検討すること。
• フレーバー変換を伴う弱い相互作用とメジャオン結合が、このような崩壊過程を可能にする役割を調査すること。
• この崩壊によって生じる太陽反ニュートリノの明確なエネルギースペクトルを予測し、検証可能なシグネチャを提供すること。
• ニュートリノ振動を必要とせず、Ga-GeおよびCl-Ar実験での観測された抑制を自然に説明できるメカニズムを特定すること。

提案手法

• 物質成分との干渉的前向き散乱を用いて、太陽の密度の高いコアにおけるニュートリノ崩壊をモデル化し、ニュートリノ状態と反ニュートリノ状態の間でエネルギー準位分裂を引き起こす。
• 仮想のメジャオンにτニュートリノが結合するように設定し、準位分裂に起因する状態の位相空間の利用により崩壊を可能にする。
• フレーバー変換を伴う弱い相互作用を記述するための有効場理論を用い、崩壊を誘発するために不可欠な相互作用を記述する。
• 一定のメジャオンへの結合定数を仮定し、ニュートリノエネルギーおよび物質密度の関数としての崩壊率を計算する。
• Ga-Ge、K、Cl-Ar検出器からの実験データと、予測された太陽ニュートリノおよび反ニュートリノのフラックスとエネルギースペクトルを比較する。
• 将来的な検出器、特に BOREXINO/BOREX および SNO を用いた、エネルギーが低下した反ニュートリノスペクトルの検出可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物質誘発ニュートリノ崩壊は、異なる実験における太陽ニュートリノ検出率の低下を説明できるか？
• RQ2 このような崩壊が発生し、実験データと一致するためには、フレーバー変換を伴う弱い相互作用およびメジャオン結合にどのような条件が必要か？
• RQ3 このモデルは、観測された比の順序 ZGA > ZK > ZCl を自然に予測できるか？
• RQ4 この崩壊メカニズムによって生じる太陽反ニュートリノのエネルギースペクトルはどのように予測されるか？
• RQ5 将来的な検出器、例えば BOREXINO/BOREX および SNO は、この崩壊シナリオを明確に検証できるか？

主な発見

• 物質誘発ニュートリノ崩壊メカニズムは、ニュートリノ振動を必要とせず、太陽ニュートリノ欠損を説明できる。
• このモデルは、検出率比の明確な順序 ZGA > ZK > ZCl を予測し、実験的観測と一致する。
• 崩壊によって生成される太陽反ニュートリノは、一次の太陽ニュートリノと比較して顕著にエネルギーが低下したスペクトルを示す。
• 観測可能な崩壊率を得るためには、τニュートリノとメジャオンの間の結合定数が十分に大きくなければならない。
• このシナリオは、将来的な太陽ニュートリノ検出器、特に BOREXINO/BOREX および SNO を用いて検証可能であり、エネルギーが低下した反ニュートリノスペクトルを検出できる。
• 密度の高い物質内での干渉的相互作用がエネルギー準位分裂を引き起こし、メジャオン放出の位相空間を可能にすることで、真空中の安定性にもかかわらず崩壊が可能になる。