[论文解读] Quantum decoherence effect and neutrino oscillation

C. P. Sun, Dong Zhou|ArXiv.org|Aug 15, 1998

Quantum Mechanics and Applications被引用 5

一句话总结

本文在Hepp-Coleman框架内提出了一种微观量子退相干模型，用以解释中微子味振荡，而无需依赖中微子质量差。通过在弱耦合极限下对环境诱导的退相干进行建模，推导出具有时间依赖参数的修正生存概率，表明即使在无质量分裂的情况下，振荡仍可持续，从而在标准量子力学范围内为太阳中微子问题提供了新颖的机制。

ABSTRACT

In the view of the quantum dynamic theory of measurement developed from the Hepp-Colemen (HC) model (K. Hepp, Hev.Phys.Acta, {\bf 45}, 237 (1972)), the quantum decoherence in neutrino flavor oscillation caused by an environment surrounding neutrinos is generally considered in this paper. The Ellis, Hagelin, Nanopoulos and Srednicki (EHNS) mechanism for solving the solar neutrino problem can be comprehended in a framework of the ordinary quantum mechanics. In the weak- coupling limit, a microscopic model is proposed to describe the transition of two neutrino system from a pure state to a mixed state. It gives the modified formula of survival probability of neutrino oscillation with two additional time-dependent parameters. For specified environments, this result shows that the oscillating phenomena of neutrino still exist even without a mass difference in free neutrino.

研究动机与目标

• 通过量子退相干的视角而非中微子质量差来理解太阳中微子问题。
• 构建一个与环境相互作用的两中微子系统中的微观退相干模型。
• 表明即使在无质量差的情况下，通过环境耦合也能产生中微子振荡。
• 利用标准量子力学和退相干理论重新表述Ellis-Hagelin-Nanopoulos-Srednicki（EHNS）机制。

提出的方法

• 采用Hepp-Coleman（HC）模型来描述中微子系统中环境诱导的退相干。
• 构建一个与环境耦合的两中微子系统在弱耦合极限下的微观哈密顿量。
• 推导密度矩阵的时间演化，以描述由于退相干导致的纯态向混合态的转变。
• 在标准中微子生存概率公式中引入两个额外的时间依赖参数，以考虑退相干效应。
• 在弱耦合极限下分析修正的振荡概率，以评估无质量差情况下振荡的持久性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如果存在环境退相干，中微子振荡是否可以在无中微子质量差的情况下发生？
• RQ2 环境诱导的退相干如何修改标准中微子振荡概率公式？
• RQ3 能否在标准量子力学框架下，通过退相干理论一致地描述EHNS机制以解决太阳中微子问题？
• RQ4 弱耦合环境对中微子味态相干性具有何种动力学影响？

主要发现

• 即使中微子质量差为零，修正的中微子振荡生存概率也包含由环境耦合引起的两个时间依赖参数。
• 由于退相干诱导的味态间跃迁，即使在无质量差的情况下，振荡仍可持续。
• 该模型在无需引入标准量子理论之外的新物理的前提下，为EHNS机制提供了自洽的量子力学框架。
• 弱耦合极限使得退相干修正的振荡公式可被有效推导，表明在环境影响下振荡行为具有鲁棒性。