[論文レビュー] Neutrino masses from the Darmstadt oscillations

A. N. Ivanov, E. Kryshen+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2008

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、重いH型イオン（140Pr58+および142Pm60+）の強いクーロン場における仮想Wボソン対の寄与からニュートリノ質量の補正を計算し、GSIで測定された時間周期的電子捕獲崩壊とKamLANDの振動実験との間で観測されたニュートリノ質量二乗差の2.75倍の不一致を説明する。この効果は、強力な原子核場における真空極化に起因し、長年のニュートリノ質量測定の不一致を解消する。

ABSTRACT

We investigate the influence of the strong Coulomb field of a heavy nucleus on massive neutrinos, produced in the K-shell electron capture (EC) decays of the H-like 140Pr58+ and 142Pm60+ ions. The corrections to the neutrino masses due to virtually produced charged lepton W-boson pairs in the strong Coulomb field of a nucleus with charge Ze are calculated and discussed with respect to their influence on the period of the time-modulation of the number of daughter ions, observed recently in the EC-decays of the H-like 140Pr58+ and 142Pm60+ ions at GSI in Darmstadt. These corrections explain the 2.75 times higher difference of the squared neutrino masses obtained from the time-modulation of the EC-decays with respect to the value deduced from the neutrino-oscillation experiments of KamLAND.

研究の動機と目的

• GSIの時間周期的電子捕獲崩壊で測定されたニュートリノ質量二乗差とKamLANDの振動実験による値との不一致を解消すること。
• 重い原子核の強いクーロン場が、仮想の電荷を帯びたレプトン-Wボソン対の生成を通じてニュートリノ質量に与える影響を調査すること。
• H型140Pr58+および142Pm60+イオンの強い電場における真空極化に起因するニュートリノ質量補正を定量すること。
• これらの補正が娘イオンの集まりにおける時間周期的変動の周期に与える影響を評価すること。

提案手法

• 電荷がZeの重い原子核が生成する強いクーロンポテンシャルの下で、量子場理論を用いてニュートリノ質量の放射修正を計算すること。
• 高電荷イオンの近くの真空における電荷を帯びたレプトン-Wボソン対の仮想生成をモデル化し、ニュートリノ自己エネルギーを修正すること。
• 摂動的QED技法を用いて、クーロン場内での真空極化効果に起因するニュートリノ質量のシフトを計算すること。
• 修正されたニュートリノ質量を、H型140Pr58+および142Pm60+イオンの電子捕獲崩壊における観測された時間周期的変動の周期に関連付けること。
• 予測された質量シフトを、GSIとKamLANDのデータ間のΔm²の測定不一致と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GSIの時間周期的電子捕獲崩壊で観測されたニュートリノ質量二乗差がKamLANDの値と2.75倍大きい原因は何か？
• RQ2 H型の重イオンにおける強いクーロン場が、真空極化を通じてニュートリノの有効質量にどのように影響を与えるか？
• RQ3 仮想のWボソンおよび電荷を帯びたレプトン対生成効果が、強力な原子核場内でのニュートリノ質量シフトにどの程度寄与するか？
• RQ4 これらの場に起因する補正が、電子捕獲崩壊における娘イオン数の観測された周期的変動を説明できるか？

主な発見

• 重い原子核の強いクーロン場における仮想Wボソンおよび電荷を帯びたレプトン対生成に起因するニュートリノ質量補正が、GSIの時間周期的EC崩壊で観測された2.75倍のΔm²の増大を説明する。
• 140Pr58+および142Pm60+イオンのクーロン場内での真空極化に起因する計算された質量シフトは、GSIとKamLANDの測定値の不一致と一致する。
• この効果は、強い電場内でのニュートリノ自己エネルギーの修正に起因し、有効ニュートリノ質量の測定可能なシフトを引き起こす。
• 娘イオン数の時間周期的変動の周期は、この場に起因する質量シフトに直接的に依存しており、観測された振動の動的説明を提供する。