[論文レビュー] Revisiting quantum decoherence in the matter neutrino oscillation framework

Jose Carpio, A. M. Gago+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2017

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、量子デコherenceを二次的効果として組み込んだ上で、物質中におけるニュートリノ振動確率を再考し、三世代の振動に対して Γ ~ 10⁻²³ GeV まで有効な解析的公式を導出している。デコherenceはエネルギーに依存しない形で振動振幅を均一に増加させ、CP非対称性を最大で35%まで低下させる一方、デコherenceパラメータΓとCP対称性破れ位相δの間で退化が生じることを示している。

ABSTRACT

We re-examine the matter neutrino oscillation probabilities considering the decoherence phenomenon as a sub-leading effect. In this paper we point out the relevance of having the correct interpretation of the decoherence matrix in the different quantum bases, within the framework of neutrino oscillation probabilities in matter. Based on this treatment we develop an analytical formula for matter neutrino oscillation probabilities for three generations, with a range of application up to the decoherence parameter $\Gamma \sim 10^{-23}$ GeV. We observe that, due to decoherence, the amplitudes of the neutrino/antineutrino oscillation probabilities increase in an energy independent way. We also find that decoherence can reduce the absolute value of the CP asymmetry, relative to its value at the pure oscillation case, up to $25\%$ and $35\%$ for the CP violation phases $\delta=\pi/2$ and $ 3\pi/2$, respectively. As a side effect we have the introduction of a degeneracy between the decoherence parameter $\Gamma$ and the CP violation phase $\delta$

研究の動機と目的

• 物質中におけるニュートリノ振動確率を、デコherenceを二次的効果として取り入れた形で再表現すること。
• さまざまな量子基底におけるデコherence行列の正しい解釈を明確化すること。
• 物質中における三フレーバーニュートリノ振動確率に対して、デコherenceを含めた解析的公式を導出すること。
• デコherenceがCP非対称性に与える影響と、CP対称性破れ位相δ依存性を定量化すること。
• デコherenceパラメータΓとCP対称性破れ位相δの間の退化を調査すること。

提案手法

• ニュートリノ振動に関連するさまざまな量子基底におけるデコherence行列を一貫して取り扱うための形式的枠組みを構築した。
• 論文は、デコherenceを標準的な振動確率に対する小さな補正として取り扱う摂動的アプローチを採用した。
• デコherenceパラメータΓを組み込んだ三世代ニュートリノ振動確率の解析的表現を導出した。
• エネルギーとΓに明示的な依存性を持つ、物質中における振動振幅とCP非対称性の計算にこのフレームワークを適用した。
• 振動確率構造の解析的比較を通じて、Γとδの間の退化を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 デコherenceは、物質中におけるニュートリノおよび反ニュートリノ振動確率の振幅にどのように影響するか？
• RQ2 三フレーバーニュートリノ振動におけるデコherenceのCP非対称性に与える定量的影響は何か？
• RQ3 物質中ニュートリノ振動フレームワークにおいて、デコherence行列は異なる量子基底間でどのように変換されるか？
• RQ4 デコherenceパラメータΓは、CP対称性破れ位相δの効果をどれほど模倣または隠蔽できるか？
• RQ5 導出された解析的公式の有効なエネルギー範囲およびパラメータ範囲は何か、特にΓ ~ 10⁻²³ GeV の場合に注目する。

主な発見

• デコherenceはエネルギーに依存しない形で、ニュートリノおよび反ニュートリノ振動確率の振幅を均一に増加させる。
• δ = π/2 の場合、純粋な振動の場合と比較してCP非対称性は最大で25%低下し、δ = 3π/2 の場合最大で35%低下する。
• デコherenceパラメータΓとCP対称性破れ位相δの間で退化が存在し、両者が振動確率に類似した効果をもたらすことがわかった。
• 物質中における三世代振動確率の解析的公式は、デコherenceパラメータがΓ ~ 10⁻²³ GeV まで有効である。
• 異なる量子基底におけるデコherence行列の取り扱いが一貫しており、従来の解釈に生じていた曖昧さを解消した。