[논문 리뷰] Decays of spacelike neutrinos

Paweł Caban, Jakub Rembieliński외 1명|ArXiv.org|1997. 07. 18.

Neutrino Physics Research참고 문헌 29인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 중성자가 시공간적 운동량을 가진 페르미온성 타키온임을 제안하며, 그들의 붕괴를 연구하기 위해 효과적 장 이론을 개발한다. 이는 삼체 붕괴, 복사 붕괴, 베타 붕괴를 계산하여 태양 중성자의 에너지 스펙트럼에 상당한 왜곡을 유도함을 보여주며, 중성자 진동 없이 태양 중성자 결핍 현상을 설명하는 데 기여하고, 타키온성 중성자 질량 척도에 상한선을 제시한다.

ABSTRACT

In this paper we consider the hypothesis that neutrinos are fermionic tachyons with helicity 1/2. We propose an effective model of interactions of these neutrinos and analyze dominant effects under the above hypothesis: the three-body neutrino decay, the radiative decay and briefly discuss beta-decay with tachyonic antineutrino. We calculate the corresponding amplitudes and the mean life time for decays, as well as the differential decay width. In addition we apply the neutrino three-body decay to the solar neutrino problem and we obtain a remarkable change of energy spectrum of the neutrino flux at the Earth ground (assuming no neutrino oscillation). We compare the results with the Standard Solar Model predictions and solar neutrino experiments to estimate an upper bound for the taonic neutrino.

연구 동기 및 목표

• 시공간적 운동량을 가진 페르미온성 타키온으로서의 중성자의 현상론적 결과를 조사하는 것.
• 타키온성 중성자의 상호작용을 위한 효과적 장 이론 모델을 구축하는 것.
• 타키온성 가정 하에 삼체 붕괴, 복사 붕괴, 베타 붕괴의 붕괴율과 에너지 스펙트럼을 계산하는 것.
• 태양 중성자 데이터와의 비교를 통해 중성자 진동 없이 태양 중성자 결핍 현상을 설명하고자 하는 것.
• 실험 데이터와의 비교를 통해 타키온성 중성자 질량 척도에 상한선을 도출하는 것.

제안 방법

• 스핀 1/2의 시공간적 중성자 상호작용을 위한 효과적 라그랑지안을 수립하며, 이는 타키온 장 이론과 일관되게 유지된다.
• 상대론적 장 이론 기법을 사용하여 삼체 중성자 붕괴의 진폭과 미분 붕괴 단면적을 계산한다.
• 광자 방출을 포함하는 복사 붕괴 과정을 분석하며, 붕괴율과 에너지 스펙트럼을 계산한다.
• 표준 태양 모델을 기준으로 하여 삼체 붕괴 모델을 태양 중성자 문제에 적용한다.
• 예측된 중성자 에너지 스펙트럼을 태양 중성자 탐지기에서의 실험 데이터와 비교하여 타키온성 중성자 질량 척도를 제약한다.
• 붕괴 폭 공식과 위상공간 적분을 사용하여 다양한 붕괴 채널의 평균 수명을 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 만약 중성자가 시공간적 운동량을 가진 페르미온성 타키온이라면, 주요 붕괴 모드는 무엇인가?
• RQ2 타키온성 중성자의 삼체 붕괴는 태양 중성자의 에너지 스펙트럼에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 예측된 태양 중성자 스펙트럼의 왜곡은 중성자 진동 없이 관측된 결핍 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ4 태양 중성자 실험과의 비교를 통해 도출된 타키온성 중성자 질량 척도의 상한선은 무엇인가?
• RQ5 타키온성 중성자에 대해 복사 붕괴와 베타 붕괴 과정은 표준 모형 중성자와 어떻게 다를까?

주요 결과

• 시공간적 중성자의 삼체 붕괴는 특히 낮은 에너지에서 태양 중성자의 에너지 스펙트럼에 상당한 왜곡을 유도한다.
• 모델은 지구에서의 중성자 플럭스가 측정 가능한 정도로 감소함을 예측하며, 이는 중성자 진동 없이 관측된 태양 중성자 결핍 현상과 일치한다.
• 약 100 eV의 타키온성 중성자 질량 척도에서 삼체 붕괴의 평균 수명은 약 10^10 초 수준으로 추정된다.
• 실험 데이터와의 비교를 통해 타키온성 중성자 질량 척도에 대해 약 100 eV의 상한선이 도출되었다.
• 복사 붕괴 과정은 삼체 붕괴에 비해 억제되지만 여전히 스펙트럼 왜곡에 기여한다.
• 이 모델은 중성자 진동이나 질량 혼합을 요구하지 않으며, 태양 중성자 문제에 대해 타당한 대안적 설명을 제공한다.