[논문 리뷰] Inconsistence of super-luminal Opera neutrino speed with SN1987A neutrinos burst and with flavor neutrino mixing

Daniele Fargion, D. DʼArmiento|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 25.

Neutrino Physics Research인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 초광속 중성자율에 대한 Opera-CERN의 주장이 SN1987A 중성자율 폭발 데이터와 중성자율의 종류 변화와의 일관성을 테스트하여 도전한다. 모든 제안된 모델—타키온 질량, 반-타키온, 분할-종류 속도—가 관측된 데이터와 초광속 속도를 동시에 만족시키지 못함을 발견하여, Opera 실험의 시계 조정 오류가 초광속 결과의 가장 타당한 설명임을 결론 내린다.

ABSTRACT

We tried to fit in any way the recent Opera-Cern claims of a neutrino super-luminal speed with observed Supernova SN1987A neutrino burst and all (or most) neutrino flavor oscillation. We considered three main frame-works: (1) A tachyon imaginary neutrino mass, whose timing is nevertheless in conflict with observed IMB-Kamiokande SN1987A burst by thousands of billion times longer. (2) An ad hoc anti-tachyon model whose timing shrinkage may accommodate SN1987A burst but greatly disagree with energy independent Cern-Opera super-luminal speed. (3) A split neutrino flavor speed (among a common real mass relativistic neutrino electron component and a super-luminal neutrino {\mu}) in an ad hoc frozen speed scenario that is leading to the prompt neutrino de-coherence and the rapid flavor mixing (between electron and muon ones) that are in conflict with most oscillation records. Therefore we concluded that an error must be hidden in Opera-Cern time calibration (as indeed recent rumors seem to confirm). We are also reminding the relevance of the guaranteed minimal atmospheric neutrino mass whose detection may be achieved by a milliseconds graviton-neutrino split time delay among gravity burst and neutronization neutrino peak in any future SN explosion in Andromeda recordable in Megaton neutrino detector.

연구 동기 및 목표

• Opera-CERN의 초광속 중성자율 속도 주장이 SN1987A에서 관측된 중성자율 폭발과 일관된지 테스트하기.
• 제안된 초광속 중성자율 이론 모델이 SN1987A 데이터와 중성자율 종류 변화 기록을 동시에 설명할 수 있는지 평가하기.
• 실험적 제약 조건을 고려할 때 타키온, 반-타키온, 분할-종류 속도 중성자율 속도 모델의 실현 가능성 평가하기.
• 중성자율 실험에서 정밀한 시간 캘리브레이션의 필요성을 강조하고,未래 안드로메다 초신성 관측의 잠재적 활용을 제시하기.

제안 방법

• 관측된 10초 간격의 폭발 창을 이용해 SN1987A 중성자율 폭발의 시간을 분석하여 초광속 중성자율 속도를 제약하기.
• 허상 중성자율 질량을 가진 타키온 모델을 평가하여, 관측된 것보다 수천억 배 이상 긴 지연을 예측함을 보여줌.
• SN1987A에 맞추기 위해 시간 수축을 고려한 반-타키온 모델을 제안하지만, Opera-CERN가 보고한 에너지에 독립적인 초광속 속도와 모순됨을 밝힘.
• 실수 질량을 가진 전자 중성자율과 초광속 속도를 가진 뮤온 중성자율을 가진 분할-종류 속도 모델을 도입하여 빠른 종류 혼합을 이끌어냄.
• 분할-종류 속도 모델에서의 분리 및 혼합 비율을 평가하여, 기존의 알려진 진동 데이터와 충돌함을 발견함.
• 중성자율 질량과 중력-중성자율 시간 지연에 기반한 이론적 제약을 사용하여, 안드로메다에서의 향후 탐지 가능성을 제안함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Opera-CERN의 초광속 중성자율 속도는 SN1987A 중성자율 폭발 시간과 일치시킬 수 있는가?
• RQ2 SN1987A 데이터를 고려할 때 타키온 또는 반-타키온 중성자율 모델은 여전히 실현 가능한가?
• RQ3 전자 중성자율과 뮤온 중성자율이 서로 다른 속도로 이동하는 분할-종류 속도 모델은 관측된 중성자율 진동 패tern과 일치하는가?
• RQ4 중성자율 종류 혼합과 분리 비율은 초광속 중성자율 모델에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ5 미래의 안드로메다 초신성 관측은 시간 지연을 통해 최소 대기 중성자율 질량을 어떻게 확인하는 데 도움이 될 수 있는가?

주요 결과

• 허상 질량을 가진 타키온 중성자율 모델은 관측된 10초 간격의 SN1987A 폭발 창보다 수천억 배 이상 긴 지연을 예측함.
• 반-타키온 모델은 SN1987A 시간에 맞출 수 있지만, Opera-CERN가 보고한 에너지에 독립적인 초광속 속도를 재현하지 못함.
• 분할-종류 속도 모델은 빠른 중성자율 분리 및 종류 혼합을 초래하여, 중성자율 실험에서 관측된 느린 진동 패턴과 모순됨.
• 모든 시험한 초광속 중성자율 모델은 either SN1987A 데이터 또는 중성자율 진동 기록과 일관되지 않으며, 초광속 가정에 근본적인 결함이 있음을 시사함.
• 논문은 Opera-CERN 실험의 시계 캘리브레이션 오류가 초광속 결과의 가장 타당한 설명임을 결론 내림.
• 메가톤 크기의 중성자율 탐지기를 사용해 안드로메다에서 초신성 탐지 시, 중력파와 중성자율 형성 중성자율 신호 사이의 밀리초 간격 지연을 통해 최소 대기 중성자율 질량을 밝혀낼 수 있음.