Как рассчитать плотность реликтовых нейтрино?

Может не нейтрино, а антинейтрино? Или оба типа? В последнем случае, почему они не аннигилировали и каково соотношение реликтовых нейтрино и реликтовых антинейтрино? Связано ли это отношение как-то с барионной асимметрией?

Для справки: Реликтовые нейтрино или фон космических нейтрино.

Как и космическое микроволновое фоновое излучение (CMB), фон космических нейтрино является реликтом Большого взрыва.

Что такое «реликтовые нейтрино»? Я не знаком с этим термином, поэтому, если бы вы могли добавить ссылку на дополнительную информацию, это было бы очень полезно.
@David, я добавил ссылку
Существуют ли антинейтрино? Я думал, что общее мнение состоит в том, что нейтрино — это майорановские частицы, как и их собственные античастицы.
«Реликтовые нейтрино» — это те, которые были связаны с горячей ранней Вселенной (до того, как температура упала ниже массы Z) и с тех пор остыли до смехотворно низких энергий. У них очень маленькое поперечное сечение взаимодействия с обычным веществом по стандартам нейтринной физики, и такие взаимодействия в любом случае теряются в тепловом шуме.
@ Питер, Р. Дэвис, 1955 г. .
voix, это не относится к точке зрения @Peter. Вопрос о майорановской или дираковской природе нейтрино до сих пор не решен. Текущие наблюдения допускают любой случай и не предлагают особых причин для предпочтения Дирака. OTOH, в экспериментах по безнейтринному двойному бета-распаду пока нет событий-кандидатов... Оставайтесь с нами. В том случае, если нейтрино являются майорановскими частицами, то говорить об антинейтрино все равно, что говорить об антифотоне: иногда полезное понятие, но не обозначающее отдельную сущность.
@dmckee, если нейтрино - это майорановские частицы, то аннигиляция нейтрино в фотоны невозможна?
@voic: Вся физика нейтрино, которую мы знаем и любим, остается разрешенной для майорановских нейтрино (плюс некоторые дополнительные диаграммы, которые запрещены для нейтрино Дирака). Некоторые вещи (например, сохранение лептонных чисел) нужно было бы перефразировать, но они остались бы полезными. Мое сравнение с фотонами является неточным, потому что фотоны — это бозоны, а нейтрино — фермионы, но нет известных фундаментальных майорановских фермионов, с которыми можно было бы сравнить их.
@voix Ты прав. Если нейтрино являются античастицами сами по себе, они все равно могут уничтожать друг друга. Это не сильно изменит расчеты.

Ответы (1)

Когда я учился в аспирантуре в 1990-х, стандартным справочником по такого рода вещам была книга Колба и Тернера « Ранняя Вселенная» . Даже по прошествии стольких лет трактовка этой темы в этой книге, вероятно, по-прежнему заслуживает внимания.

Даже если для нейтрино не существует процесса, создающего асимметрию (например, бариогенеза), вы все равно ожидаете реликтового нейтринного фона, представляющего собой тепловое (Ферми-Дираковское) распределение как нейтрино, так и антинейтрино, с температурой около 2 К. Причина в том, что, в определенный момент эволюции Вселенной плотность упала настолько низко, что число нейтрино «застыло»: взаимодействия, которые могли изменить число нейтрино (такие, как в первую очередь е − е + ↔ ν е   ν ¯ е ) стало настолько редким, что время, в течение которого любая данная частица подвергается такой реакции, стало намного больше, чем время Хаббла.

Прошло много времени с тех пор, как я внимательно рассматривал модели бариогенеза , но, насколько я помню, некоторые модели также должны давать асимметрию в нейтринном секторе. Но на практике я не думаю, что это сильно изменит прогноз. Причина в том, что бариогенез должен произвести только одну часть в 10 9 асимметрия (миллиард и один протон на каждый миллиард антипротонов). Сегодня это дает очень заметные эффекты, потому что произошла практически полная аннигиляция антипротонов. Но вымораживание нейтрино происходит намного раньше, пока нейтрино еще релятивистские, поэтому мы не думаем, что для нейтрино произошла массовая аннигиляция. Таким образом, даже если существует нейтрино-антинейтринная асимметрия, сравнимая с асимметрией, вызванной бариогенезом, это должно привести лишь к крошечной разнице в числе нейтрино и антинейтрино.

Позвольте мне выразить это по-другому. В ранние времена (температура намного превышала массу протона) было сопоставимое количество фотонов, нейтрино и протонов. В то время бариогенез привел к асимметрии протонов над антипротонами. После этого почти все протоны и антипротоны аннигилировали, в результате чего сегодня на каждый протон приходится миллиард фотонов. Но мы ожидаем, что количество реликтовых нейтрино будет того же порядка, что и количество фотонов, а не протонов, поэтому асимметрия нейтрино на уровне бариогенеза не будет заметной.

Интересно узнать, каково экспериментальное сечение коллайдерной реакции "электрон-позитрон --> нейтрино-антинейтрино", когда электрон и позитрон просто "исчезают".
@voix: Как бы вы отличили этот случай от отсутствия взаимодействия? Вы должны иметь возможность измерять отдельные частицы, удаленные из пучков, с точностью, достаточной для обнаружения слабых взаимодействий. Это не в картах в это время.
Как рассчитать плотность реликтовых нейтрино?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v