[論文レビュー] Neutrinos and magnetic fields: a short review

Kaushik Bhattacharya, Palash B. Pal|ArXiv.org|Dec 9, 2002

Neutrino Physics Research参考文献 74被引用数 9

ひとこと要約

このレビューでは、仮想の電荷を帯びた粒子および初期状態・最終状態の実際の電荷を帯びた粒子を通じた磁場のニュートリノへの間接的効果を検討し、ニュートリノ磁気モーメント、分散関係、強磁場天体環境（中性子星やマグネタール）における放射過程に焦点を当てる。主な結果として、方向依存性を持つニュートリノ放射が中性子星のキックを引き起こし、光子がニュートリノ対に崩壊することで新たなエネルギー損失機構が生じる可能性がある。

ABSTRACT

Neutrinos have no electric charge, but a magnetic field can indirectly affect neutrino properties and interactions through its effect on charged particles. After a brief field-theoretic discussion of charged particles in magnetic fields, we discuss two broad kinds of magnetic field effects on neutrinos. First, effects which come through virtual charged particles and alter neutrino properties. Second, effects which alter neutrino interactions through charged particles in the initial or final state. We end with some discussion about possible physical implications of these effects.

研究の動機と目的

• ニュートリノが電気的に中性であるにもかかわらず、磁場がニュートリノの性質や相互作用に間接的に及える影響を分析すること。
• 仮想および実際の電荷を帯びた粒子が、磁場とニュートリノの相互作用を媒介する役割を調べること。
• 高磁場環境における非等方的ニュートリノ放射や中性子星のキックといった物理的影響を調査すること。
• 磁場効果が天体的観測を説明できる可能性を評価すること、特に原始中性子星およびマグネタールにおいて。

提案手法

• 外部磁場中における電荷を帯びたフェルミオンの伝播関数を量子場理論を用いて分析し、弱磁場および強磁場領域の両方を扱う。
• 右巻きニュートリノを含むモデルにおいて、仮想のWボソンおよび電荷を帯びたレプトンを含む一次ループ図を用いてニュートリノ磁気モーメントを計算する。
• ランドー準位の量子化に起因する方向依存項を含む、磁場中におけるニュートリノ分散関係を導出する。
• 磁化された物質中における光子がニュートリノ-反ニュートリノ対に崩壊する過程を評価し、修正された光子分散関係を考慮する。
• 磁場依存性の共鳴条件を組み込んだ磁化された星の内部核におけるニュートリノの脱出確率を分析する。
• 方向依存性によるニュートリノ放射が引き起こす運動量非対称性を検討し、中性子星に反動キックをもたらす。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁場は、ニュートリノが電気的に中性であるにもかかわらず、仮想の電荷を帯びた粒子を通じてニュートリノの性質にどのように影響を与えるのか？
• RQ2 質量を持つニュートリノを含む標準模型の拡張モデルにおける、ニュートリノ磁気モーメントの大きさと起源は何か？
• RQ3 磁場は原始中性子星におけるニュートリノの非等方的放射を引き起こし、観測可能な中性子星のキックを生じさせ得るか？
• RQ4 強い磁場中における修正された光子およびニュートリノ分散関係が、中性子星におけるエネルギー損失に与える影響は何か？
• RQ5 磁化された物質中におけるニュートリノの振動は、方向的運動量の不均衡を引き起こし、天体的結果をもたらす可能性があるか？

主な発見

• 右巻きニュートリノを含むモデルでは、ニュートリノ磁気モーメントが μν ≈ 3×10−19 μB × (mν / 1 eV) のスケールで生じるが、標準模型を超える非最小的モデルでは強化される可能性がある。
• 強い磁場（eB ~ m_e² から M_W² の範囲）では、ニュートリノ分散関係に方向依存項が加わり、非等方的伝播が生じる。
• 磁化された物質中では、光子分散関係が修正されることにより、光子がニュートリノ-反ニュートリノ対に崩壊するようになり、新たなエネルギー損失チャネルが可能になる。
• 磁場によって誘発される共鳴面の変形に起因する方向依存性ニュートリノ脱出が、ネットの運動量損失を引き起こし、中性子星のキックが光速の約1%に達する可能性がある。
• 理論的モデルでは、磁場がニュートリノ振動に及ぼす効果が高運動量の中性子星を説明できる可能性を示唆しているが、最近の分析では予測されたキックの大きさに疑問が呈されている。