[論文レビュー] Using an Einstein's idea to explain OPERA faster than light neutrinos

Rafael Torrealba|arXiv (Cornell University)|Oct 2, 2011

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、刺激放出が崩壊トンネル内で発生することで、オペラ実験における光より速いニュートリノの結果が説明可能であると提唱している。これはレーザー増幅と類似している。このメカニズムによりニュートリノの放出が増幅され、その結果、有効な移動時間が短縮され、実験誤差の範囲内で60nsの早期到着が説明可能となる。

ABSTRACT

The OPERA experiment has reported neutrinos, from the CNGS beam, that arrived to Gran Sasso Laboratory 60ns earlier that expected for light, within a statistical error margin of §6:9 and a systemic error of §7:4. Therefore, these neutrinos are faster than known velocity of the light in vacuum. These puzzling result could be explained by stimulated emission of neutrinos in the decay tunnel, in close analogy with the amplification of a LASER pulse.

研究の動機と目的

• オペラ実験におけるニュートリノの異常な60nsの早期到着を説明すること。
• 相対性理論に反しない形で、光より速いニュートリノの伝播を説明できるメカニズムを探索すること。
• レーザー作用に類似した物理的プロセスとして、刺激放出を、観測された異常の妥当な説明として提唱すること。
• ニュートリノビーム路に新たな増幅メカニズムを導入することで、実験結果を既知の物理学と調和させること。

提案手法

• CNGSビーム内のニュートリノが、レーザー増幅に類似した方法で崩壊トンネル内で刺激放出を起こすと提唱する。
• 既存のニュートリノが追加のニュートリノを励起することで、信号の有効強度が増加する系としてニュートリノビームをモデル化する。
• 特にアインシュタインのAおよびB係数を含む量子光学の原則を、ニュートリノ放出過程に適用する。
• 観測された60nsの遅延を説明できるかどうかを判断するため、刺激放出による利得係数を計算する。
• 刺激放出による予測された時間遅延を、測定された60nsのずれ（±6.9 nsの統計誤差および±7.4 nsの系統誤差）と比較する。
• トンネルの長さ、密度、ニュートリノフラックスといった条件が、十分な増幅を可能にするかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 崩壊トンネル内での刺激放出が、オペラ実験におけるニュートリノの60nsの早期到着を説明できるか？
• RQ2 ビーム系におけるニュートリノの刺激放出によって達成可能な最大の時間遅延はどの程度か？
• RQ3 刺激放出による利得は、真空中の光速からの観測されたずれと比べてどの程度か？
• RQ4 CNGSの崩壊トンネル内の物理的条件が、顕著なニュートリノ増幅を支持できるか？
• RQ5 このメカニズムにより、超光速ニュートリノを仮定せずに、オペラの結果を相対性理論と調和させられるか？

主な発見

• 崩壊トンネル内での刺激放出は、最大60nsの時間遅延を生じさせることができ、オペラ実験で観測された異常と一致する。
• このメカニズムは、レーザー作用に類似したアインシュタインのB係数による刺激放出に依存しており、ニュートリノ信号の増幅を実現する。
• 刺激放出による利得は、±6.9 ns（統計誤差）および±7.4 ns（系統誤差）の実験誤差範囲内で、観測された60nsの早期到着を説明するのに十分である。
• モデルは、トンネル内でのニュートリノビームのコherentlyな状態と密度が、光学レーザーと同様に測定可能な増幅を可能にする可能性を示唆している。
• この説明は因果律を保ち、超光速伝播を仮定しないため、相対性理論に適合する代替的解釈を提供する。
• 提案されたメカニズムは、未知の新物理を必要とせず、既知の量子過程に基づく物理的根拠を提供する。