Oscylacje neutrin — dowód na masę

Co się właśnie stało?

Neutrino wystartowało z czystym, jednym zapachem, a im dłuższą drogę przebyło, tym większa szansa, że dotrze do detektora jako inny zapach — i to nie losowo, tylko okresowo, jak fala.

Wzór oscylacji (przybliżenie dwuzapachowe):

P — prawdopodobieństwo, że neutrino zachowa zapach początkowy; L — droga (km); E — energia (GeV); Δm² — różnica kwadratów mas dwóch stanów masowych neutrina (eV²); θ — kąt mieszania.

Dlaczego to dowodzi, że neutrino ma masę?

Gdyby Δm² = 0 (obie masy równe, np. obie zerowe — tak zakładał pierwotny Model Standardowy), argument sinusa byłby zawsze zerowy i P = 1 na każdej odległości — zapach nigdy by się nie zmieniał. Skoro oscylacje obserwujemy:

Co jest zachowane, a co nie?

Całkowita liczba neutrin się nie zmienia — panel po prawej pokazuje, że pasek „N" jest zawsze pełny. Oscyluje wyłącznie podział na zapachy (paski „A" i „B"), bo neutrino leci jako mieszanina stanów masowych, które „rozjeżdżają się w fazie" z odległością.

Po co Ci to na maturze:

Na rozszerzeniu z fizyki jądrowej i cząstek liczy się rozumowanie jakościowe: obserwacja (zmiana zapachu) → wniosek (niezerowa masa) → sprzeczność z pierwotnym Modelem Standardowym. To klasyczny schemat zadania „na podstawie eksperymentu wyciągnij wniosek o własności cząstki".

Zapamiętaj: oscylacje zapachu neutrin (Nobel 2015, Kajita i McDonald) są możliwe tylko wtedy, gdy neutrino ma niezerową masę — liczba neutrin jest zachowana, zmienia się tylko ich zapach.