Возможные макрофизические проявления гипотетического нейтринного заряда. Ю. С. Копысов (ИЯИ РАН) Доклад на научной сессии-конференции секции ЯФ ОФН РАН. - презентация

1 Возможные макрофизические проявления гипотетического нейтринного заряда. Ю. С. Копысов (ИЯИ РАН) Доклад на научной сессии-конференции секции ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий» ноября 2011 г.

2 2 Аннотация Нейтринный заряд со своим векторным калибровочным полем, введённый в физику частиц с целью объяснения низкой скорости счёта солнечных нейтрино в хлор- аргоновом нейтринном детекторе Р. Дэвиса, находит своё естественное место в расширенной модели электрослабого взаимодействия Вайнберга-Салама. Смысл расширения состоит в симметричном включении наряду с левокиральным также и правокирального сектора взаимодействия со своим набором промежуточных и хиггсовых бозонов и своими значениями угла Вайнберга и вакуумного среднего поля Хиггса. Свобода выбора угла Вайнберга в правом секторе позволяет подобрать значение нейтринного заряда таким образом, чтобы он удовлетворял будущим экспериментальным измерениям. Первые ограничения на значение нейтринного заряда получены из экспериментов с солнечными нейтрино. Из этих же экспериментов и экспериментов по измерению массы электронного нейтрино удаётся получить ограничение на магнитный момент нейтринного типа для где μ B – электронный магнетон Бора. Обнаруженные новые физические свойства нейтрино позволяют по-новому взглянуть на многие нерешённые проблемы астрофизики. Удаётся, в частности, объяснить такие явления, как вариации скорости счёта солнечных нейтрино в экспериментах Р. Дэвиса, сброс оболочки коллапсирующей звезды при вспышке сверхновой, ускорение атомных ядер до сверхвысоких энергий в поле коллапсирующей звезды, наблюдавшийся отклик гравитационных антенн на катастрофические процессы в недрах Сверхновой SN 1987A, вспыхнувшей в Большом Магеллановом Облаке 23 февраля 1987 г. Открываются также новые возможности в исследовании проблемы происхождения магнитных полей в недрах звёзд и планет.

3 3 I. Теоретические основы физики нейтринного заряда. Нейтринный заряд был введён в работе [Ю. С. Копысов, Ю. И. Стожков, Д. Н. Корольков, Изв. РАН, 2001, т. 65, 11, стр. 1667]. Была поставлена цель проверить, нельзя ли объяс- нить низкую скорость счёта в детекторах солнечных нейтрино при их прохождении через недра Солнца. Для этой цели был необходим теоретический аппа- рат для расчёта диссипации энергии при взаимодей- ствии нейтрино с веществом Солнца. Аппарат нейтринного заряда со своим калибро- вочным полем оказался весьма удобным для этой цели.

4 4 Мы исходили из простых соображений симметрии: Если отрицательный заряд элект- рона нейтрализует положитель- ный заряд протона, то нейтринный заряд нейтрино, если таковой су- ществует, должен нейтрализовать противоположный по знаку нейтринный заряд нейтрона. Нейтринный заряд нетрино мы приняли отрицательным, а заряд нейтрона – положительным. По аналогии с формулой Гелл-Мана-Нишиджимы для электрического заряда нуклона мы приняли для нейтринного заряда нуклона аналогичную формулу В нижеследующей таблице приведены предполагаемые значения нейтрин- ного заряда для интересующих нас частиц.

5 5 Расчёты энергетических потерь нейтрино в недрах Солнца показали, что проблему дефицита солнечных нейтрино удаётся решить, если принять для величины нейтринного заряда следующее значение:

6 6 Эта таблица демонстрирует необходимость введения двух гиперзарядов -- электронного и нейтринного где w пробегает значения e, ν.

7 7 Лептонная SU(2)-квантовая хромодинамика Введение сохраняющегося нейтринного заряда неизбежно требует, чтобы заряженные промежуточные W-бозоны были носителями нейтринного заряда. Это демонстрирует диаграмма Фейнмана для процесса На диаграмме электрический заряд стоит на первом месте, нейтринный – на втором. Вывод из этой схемы: промежуточные бозоны являются составными частицами. Аналогичное требование распространяется и на другие заряженные бозоны, включая пи-мезоны и мезоны Хиггса! Здесь прослеживается рудиментарная связь промежуточных бозонов с глюонами SU(2)-лептонной квантовой хромодинамики.

8 8 Нарушенная SU(2)-квантовая хромодинамика

9 9 Как показали последующие экспери- менты, проблему дефицита скорости счёта солнечных нейтрино следует решать в рамках теории нейтрин- ных осцилляций и MSW-эффекта. Решающую роль в этом сыграли измерения в нейтринной обсерватории в Садбери (SNO). В качестве детектора нейтрино использовалась тяжёлая вода с растворённой в ней солью NaCl. NaCl использовался для регистрации нейтронов от расщепления дейтерия.

10 10 II. Солнечные нейтрино и ограничения на величину нейтринного заряда. Результаты эксперимента SNO:

11 11 Область допустимых значений нейтринного заряда и соответствующей постоянной тонкой структуры. Введённая изоспинорная симметрия порождает симметрию взаимодействия калибровочных квантов электромагнитного и нейтринного типов с ядрами. Нас интересует реакция водородной цепи Отношение числа испускаемых квантов нейтринного типа к числу электромагнитных квантов пропорционально отношению Кванты нейтринного типа производят расщепление дейтерия в детекторе SNO: Число расщеплений дейтерия также ~ и измеряется числом нейтронов, захваченных NaCl, которое соответствует предсказаниям SSM.

12 12 Нейтринный магнетизм Магнитный момент нейтрино, обусловленный нейтринным зарядом: Нейтринный конденсат макроскопических тел может иметь огромный магнитный момент нейтринного типа (нейтринный парамагнетизм)

13 13

14 14

15 15

16 16 III. Проблема вариаций потока солнечных нейтрино. Status of Solar Neutrino Observations and Prospects for Future Experiments, Kenneth Lande, Department of Astronomy and Astrophysics University of Pennsylvania. Philadelphia, Pennsylvania 19/04 Annals of the New York Academy of Sciences, Volume 571, Fourteenth Texas Symposium on Relativistic Astrophysics. The New York Academy of Sciences, New York Движение вещества в конвективной зоне Солнца, генерирующее обычные магнитные поля, могут также генерировать мощные магнитные поля нейтринного типа. Их вариации в ходе солнечного цикла могут приводить к изменению направления магнитного момента левых нейтрино и превращению их в правые, не взаимодействующие с веществом нейтринных детекторов. Этим можно объяснить вариации скорости счёта солнечных нейтрино.

17 Могут ли приливные силы планет управлять процессами солнечной активности? Найден естественный способ модификации термодинамической структуры нижней части конвективной оболочки Солнца, при котором в ней развиваются тепловые и гидродинамические процессы, аналогичные процессам в тропосфере Земли. При этом оказывается, что приливные силы планет могут играть ключевую роль в формировании как самой тропосферы Солнца, так и периодических процессов, развивающихся в этой зоне конвективной оболочки. В рамках этой модели солнцедеятельности находит естественное объяснение появление маундеровского минимума и других аналогичных ему минимумов солнечной активности, коррелированных с соединениями планет.

18 18 Сравнение свойств конвективной оболочки Солнца с термодинамическими свойствами атмосферы Земли Тропосфера Земли, как и конвективная зона Солнца, имеет гомогенный химический состав, свидетель- ствующий о перемешивании всей нижней атмосфе- ры Земли. Это противоречит большой термодинамической устойчивости «стандартной атмосферы Земли». Этот парадокс разрешается неравномерностью нагрева земной поверхности и самой атмосферы. Перемешивание объясняется спецификой вихревой динамики атмосферы. Аналогичная ситуация может иметь место и на Солнце.

19 19 Постулируется двухзонная структура конвективной оболочки Солнца Нижнюю зону конвективной оболочки естественно назвать солнечной тропосферой. Солнечная тропосфера должна иметь вихревую структуру, отличную от структуры верхней части оболочки с развитой тепловой конвекцией. В солнечной тропосфере имеет место циклогенез, во многих отношениях аналогичный циклогенезу земной тропосферы (формирование циклонов, антициклонов, смерчей и торнадо).

20 20 Лабораторное моделирование атмосферных вихрей Вихрь создавался быстро вращающейся изогнутой проволокой у верхней границы камеры. Стрелкой показан излом вихря

21 21 Торнадо опускает свой «хобот» с неба на землю, но иногда её не касается.

22 22 Генерация интенсивных вихрей мелкомасштабной турбулентностью

23 23 Рис. 7. Результаты эксперимента

24 24 Рис. 10. Effect of vorticity pollution by motor vehicles on tornadoes. (J. N. Isaacs et al. Nature 253, 254, 1975) The reported number of tornadoes on Saturdays is less than the daily average by more than 7.1 standard deviations (1,868 on Saturdays as against a daily average of 2,176)

25 25 Приведённые на рис. 6-9 результаты наблюдения генерации и поведения вихрей в лабораторных гидродинамических экспериментах, а также наблюдение атмосферных вихрей типа торнадо (см. рис. 4, 10) указывает на важную роль микроструктурности в формировании процесса торнадогенеза и других вихревых структур. Предлагается естественный способ модификации термодинамической структуры нижней части конвективной оболочки Солнца, при котором в условиях слабо субадиабатического температурного градиента в ней развиваются тепловые и гидродинамические процессы, аналогичные процессам в тропосфере Земли. Ключевую роль в этих процессах играют приливные силы планет. Эти силы формируют центры действия тропосферы и соответствующие им гелиострофические ветры.

26 26 Возможные проявления на Земле излучения коллапсирующей и взрывающейся звезды.

27 27 IV. Ускорение нейтронов и атомных ядер. "Bringing the heavens down to Earth" Nikolaos Mavromatos, King's College London, and James Pinfold, University of Alberta. Cern courier, vol. 44, number 3, April 2004.

28 28 V. Об отклике гравитационных антенн на вспышку SN1987A и корреляции с нейтринными импульсами в нейтринных телескопах. «Об одной группе экспериментальных результатов, связанных с поиском нейтринного излучения от SN 1987A.» / В. Л. Дадыкин, О. Г. Ряжская. Письма в АЖ, 35, 6 (2009) 427 /

29 29 Europhys. Lett., 3 (12), pp (1987) On the Event Observed in the Mont Blanc Underground Neutrino Observatory During the Occurrence of Supernova 1987a.

30 30 «О возможной регистрации нейтринного сигнала 23 февраля 1987 г. на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе ИЯИ АН СССР.» / Е. Н. Алексеев, Л. Н. Алексеева, В. И. Волченко, И. В. Кривошеина Письма в ЖЭТФ, 45, вып. 10 (1987) 461 /

31 31 Europhys. Lett., 3 (12), pp (1987) Data Recorded by the Rome Room Temperature Gravitational Wave Antenna, during the Supernova SN 1987a in the Large Magellanic Cloud. E. Amaldi, P. Bonifazi, M. G. Castellano, E. Coccia, etc.

32 32 Заключение 1.Предложена расширенная модель электрослабых взаимодействий с включением нейтринного заряда. Модель предполагает, что электромагнитные и слабые взаимодействия и новые нейтромагнитное и сверхслабое, связанные с нейтринным зарядом, взаимодействия возникают в теории, основанной на сохраняющем чётность и калибровочную SU(3) x SU(3) инвариантность лагранжиана. Эта модель перекликается с моделью С. Вайнберга (1972), в которой в качестве фундаментального триплета полей был взят триплет лептонов Махмуда-Конопинского: e+, ν, μ+. В предлагаемой расширенной модели триплет фундаментального представления группы SU(3) представляют три техникварка. Промежуточные бозоны являются составными частицами. В качестве рабочей гипотезы высказывается предположение, что освобождение техницвета приводит на определённой стадии спонтанного нарушения симметрии к формированию лептонов с превращением пленённого цвета в свободные лептонные ароматы. При спонтанном нарушении калибровочной симметрии SU(2) x U(1) (левой и правой) формируются электрический и нейтринный заряды, а также по две пары полуслабых и полусверхслабых зарядов, ответственных за сохранение соответствующих токов.

33 33 2.Получены астрофизические ограничения на феноменологическое значение величины нейтринного заряда. 3.Обнаружена возможность неожиданно большого магнитного момента нейтринного типа у электронных нейтрино. Рассмотрена возможность генерации обычных магнитных полей у небесных тел при наличии в их недрах нейтринного конденсата. 4.Отмечена возможность вариаций скорости счёта нейтрино, наблюдавшихся в хлор-аргоновом эксперименте Дэвиса за счёт изменения ориентации большого нейтринного магнитного момента нового типа, обусловленного нейтринным зарядом. 5.Показана возможность пульсирующего характера нейтронизации звезды и процесса её коллапса. 6.Показана возможность ускорения тяжёлых ядер и нейтронов в поле коллапсирующей звезды при условии существования нейтринного заряда. 7.При нейтронизации коллапсирующей звезды и излучении заряженных нейтрино значительная доля освобождающейся гравитационной энергии переходит в энергию поля нейтринного заряда звезды. В свою очередь эта энергия может превращаться в энергию ускоренных частиц и формирующегося электрического поля, ускоряющего электроны. Таким образом, нейтринный заряд может решить проблему чудовищной энергии, наблюдающейся в ряде астрофизических объектов. Спасибо за внимание!