[论文解读] Lepton flavor eigenstates do not exist if neutrinos are massive: `Neutrino oscillations' reconsidered

J.H. Field|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2003

Neutrino Physics Research参考文献 2被引用 7

一句话总结

本文主张，若中微子具有质量，则轻子味本征态在标准模型振幅中不存在，从而否定了中微子振荡的标准框架。研究表明，由π介子和K介子衰变产生的中微子非相干产生会改变振荡相位，导致μ中微子消失率出现可检验的差异，这些差异可在长基线实验中探测。

ABSTRACT

If neutrinos are massive, `lepton flavour eigenstates' are absent from the amplitudes of all Standard Model processes. Measurements of $\Gamma(\pi o e u)/\Gamma(\pi o \mu u)$ and of the MNS matrix are shown to exclude the existence of such states. Incoherent production of neutrinos of different flavour modifies the usual oscillation phase derived assuming production of a lepton flavour eigenstate. The new prediction can be tested in long line-base experiments by comparison of `$ u_{\mu}$ disappearance' of neutrinos from pion and kaon decay.

研究动机与目标

• 挑战中微子具有质量时轻子味本征态存在于标准模型中的基础假设。
• 研究缺乏味本征态对中微子振荡实验解释的影响。
• 基于π介子和K介子衰变的非相干产生，提出中微子振荡的新理论框架。
• 通过长基线实验，提供一种可区分新模型与标准振荡框架的可检验预测。

提出的方法

• 分析Γ(π⁰ → eν)和Γ(π⁰ → μν)的衰变率，以约束轻子味本征态的存在。
• 使用MNS（Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Maki）混合矩阵评估味本征态假设的一致性。
• 在假设不同衰变中非相干产生中微子的前提下，推导修正的振荡相位。
• 比较新框架下由π介子和K介子衰变产生的μ中微子消失率预测。
• 应用量子场论振幅，表明当中微子具有质量时，味本征态不存在于S矩阵中。
• 提出通过比较来自π介子和K介子源的长基线中微子束中νμ消失率，进行直接实验检验。

实验结果

研究问题

• RQ1 若中微子具有质量，轻子味本征态是否存在于标准模型中？
• RQ2 缺乏味本征态如何影响中微子振荡相位标准推导？
• RQ3 在新框架下，由π介子衰变和K介子衰变产生的中微子束在消失率上会产生哪些可观测差异？
• RQ4 MNS矩阵和π介子衰变分支比能否排除味本征态的存在？
• RQ5 在长基线实验中，哪些实验信号可将新振荡模型与标准模型区分开？

主要发现

• 本文结论指出，若中微子具有质量，则轻子味本征态在标准模型过程的振幅中不存在。
• 测量结果Γ(π⁰ → eν)/Γ(π⁰ → μν)以及MNS矩阵参数与味本征态的存在不一致。
• 由不同衰变产生的中微子非相干产生导致修正的振荡相位，其与标准公式不同。
• 新模型预测，源自π介子和K介子衰变的中微子束在μ中微子消失率上存在可测量的差异。
• 该差异为长基线中微子振荡实验中模型的直接实验检验提供了可能。
• 该框架表明，当中微子具有质量时，将中微子振荡视为质量本征态相干叠加的标准处理方式是无效的。