[论文解读] Inconsistence of super-luminal Opera neutrino speed with SN1987A neutrinos burst and with flavor neutrino mixing

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

Neutrino Physics Research被引用 7

一句话总结

本文通过检验其与SN1987A中微子爆发数据及中微子味振荡的一致性，挑战了Opera-CERN关于超光速中微子的声明。研究发现，所有提出的模型——快子质量、反快子及分味速模型——均无法调和超光速速度与观测数据之间的矛盾，结论为Opera实验中的时间校准误差是最可能的解释。

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.

研究动机与目标

• 检验Opera-CERN关于超光速中微子速度的声明与SN1987A中微子爆发观测结果的一致性。
• 评估所提出的超光速中微子理论模型是否能同时解释SN1987A数据与中微子味振荡记录。
• 在实验约束条件下，评估快子型、反快子型及分味速中微子速度模型的可行性。
• 强调中微子实验中精确时间校准的必要性，并指出未来仙女座星系超新星观测的潜力。

提出的方法

• 通过观测到的10秒中微子爆发窗口，分析SN1987A中微子爆发的时间，以约束超光速中微子速度。
• 评估具有虚中微子质量的快子模型，表明其预测的时间延迟比观测到的长数千亿倍。
• 提出一种反快子模型，通过时间压缩来适配SN1987A，但表明其与Opera-CERN报告的能量无关的超光速速度相矛盾。
• 引入一种分味速模型，其中电子中微子具有真实质量，而μ中微子为超光速，导致快速味混合。
• 评估分味速模型中的退相干与混合速率，发现其与已知的振荡数据冲突。
• 利用中微子质量与引力-中微子时间延迟的理论约束，提出未来在仙女座星系探测的前景。

实验结果

研究问题

• RQ1 Opera-CERN的超光速中微子速度能否与SN1987A中微子爆发的时间一致？
• RQ2 在SN1987A数据约束下，具有超光速速度的快子型或反快子型中微子模型是否仍具可行性？
• RQ3 若电子中微子与μ中微子以不同速度传播，分味速模型是否与观测到的中微子振荡模式一致？
• RQ4 中微子味混合与退相干速率对超光速中微子模型施加了何种约束？
• RQ5 未来仙女座星系超新星观测如何有助于通过时间延迟验证最小的大气中微子质量？

主要发现

• 具有虚质量的快子型中微子模型预测的时间延迟，比观测到的SN1987A中微子爆发窗口长数千亿倍。
• 反快子模型虽可适配SN1987A时间，但无法再现Opera-CERN报告的能量无关的超光速速度。
• 分味速模型导致中微子快速退相干与味混合，与实验观测到的缓慢振荡模式相矛盾。
• 所有测试的超光速中微子模型均与SN1987A数据或中微子振荡记录不一致，表明超光速假设存在根本性缺陷。
• 本文结论为，Opera-CERN实验中的时间校准误差是超光速结果最可能的解释。
• 未来利用兆吨级中微子探测器探测仙女座星系超新星，可能通过引力波与中子化中微子信号间毫秒级时间延迟，揭示最小的大气中微子质量。