[論文レビュー] Quantum decoherence effect and neutrino oscillation

C. P. Sun, Dong Zhou|ArXiv.org|Aug 15, 1998

Quantum Mechanics and Applications被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、ヘプ＝コロンの枠組み内で、ニュートリノのフレーバー振動をニュートリノ質量差を必要とせずに説明する微視的量子デコherenceモデルを提案する。弱結合近似における環境によるデコherenceをモデル化することで、時間に依存するパラメータを含む修正された生存確率を導出し、質量差が存在しない場合でも振動が持続することを示している。これは、標準量子力学の枠組み内で太陽ニュートリノ問題を解明するための新しいメカニズムを提供する。

ABSTRACT

In the view of the quantum dynamic theory of measurement developed from the Hepp-Colemen (HC) model (K. Hepp, Hev.Phys.Acta, {\bf 45}, 237 (1972)), the quantum decoherence in neutrino flavor oscillation caused by an environment surrounding neutrinos is generally considered in this paper. The Ellis, Hagelin, Nanopoulos and Srednicki (EHNS) mechanism for solving the solar neutrino problem can be comprehended in a framework of the ordinary quantum mechanics. In the weak- coupling limit, a microscopic model is proposed to describe the transition of two neutrino system from a pure state to a mixed state. It gives the modified formula of survival probability of neutrino oscillation with two additional time-dependent parameters. For specified environments, this result shows that the oscillating phenomena of neutrino still exist even without a mass difference in free neutrino.

研究の動機と目的

• ニュートリノ質量差ではなく、量子デコherenceの観点から太陽ニュートリノ問題を理解すること。
• 環境と相互作用する2ニュートリノ系におけるデコherenceの微視的モデルを構築すること。
• 環境との結合によって、質量差が存在しない場合でもニュートリノ振動が生じることを示すこと。
• エリス＝ハギンデン＝ナノポウロス＝スレドニッキー（EHNS）メカニズムを、標準量子力学およびデコherence理論を用いて再定式化すること。

提案手法

• 環境によるデコherenceを記述するため、量子測定のヘプ＝コロン（HC）モデルを採用する。
• 環境と結合する2ニュートリノ系の弱結合近似における微視的ハミルトニアンを構築する。
• 密度行列の時間発展を導出し、純粋状態から混合状態への遷移をデコherenceの観点から記述する。
• デコherence効果を反映させるために、標準のニュートリノ生存確率式に2つの追加の時間に依存するパラメータを導入する。
• 弱結合近似における修正された振動確率を分析し、質量差が存在しない場合でも振動が持続するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 環境によるデコherenceが存在する場合、ニュートリノ質量差が存在しない状況でもニュートリノ振動が生じるか？
• RQ2 環境によるデコherenceは、標準のニュートリノ振動確率式をどのように修正するか？
• RQ3 太陽ニュートリノ問題を解消するためのEHNSメカニズムは、デコherence理論を用いて標準量子力学の枠組み内で一貫して記述可能か？
• RQ4 弱く結合する環境が、ニュートリノフレーバー状態のコヒーレンスに及ぼす動的効果は何か？

主な発見

• ニュートリノ質量差がゼロであっても、環境との結合に起因する2つの時間に依存するパラメータを含む修正された生存確率が得られる。
• 質量差が存在しない場合でも、デコherenceに起因するフレーバー状態間の遷移により振動が持続する。
• 本モデルは、標準量子理論を超える新しい物理を必要とせず、EHNSメカニズムを一貫した量子力学的枠組みで記述可能である。
• 弱結合近似により、デコherenceが修正した振動式を扱いやすく導出でき、環境の影響下でも振動的挙動の安定性が示された。