Проблема солнечных нейтрино в 1968 г. и экспериментальная проверка осцилляции нейтрино в 2001 г. Почему такая большая задержка?

Уникальность SNO заключалась в том, что он был одновременно чувствителен к взаимодействиям заряженного и нейтрального тока, потому что в них использовалась дейтерированная вода.

Три основных взаимодействия

• захват нейтрино на дейтерии,$\nu + n \to e + p$, который генерирует быстрый электрон и медленный протон. Лептон и барион обмениваются$W$бозон («заряженный слабый ток»). В этом взаимодействии могут участвовать только нейтрино электронного типа;$\nu_\mu$и$\nu_\tau$должны генерировать более тяжелые лептоны, но солнечные нейтрино не несут достаточно энергии, чтобы создать эти более массивные частицы.

• Диссоциация дейтерия за счет рассеяния нейтрино,$\nu + (np) \to \nu + n + p$. Свободный нейтрон какое-то время будет блуждать, прежде чем захватить другой дейтрон и испустить гамма-луч. Поскольку заряд нейтрино не меняется, эта реакция опосредована «нейтральным током».$Z$бозон) и все нейтрино вносят одинаковый вклад.

• Упругое рассеяние на электронах,$\nu + e \to \nu + e$. В это взаимодействие вносят вклад как заряженные, так и нейтральные токи, поэтому вклад могут вносить нейтрино всех ароматов, но электронные нейтрино вносят больший вклад, чем другие ароматы.

Эти разные каналы взаимодействия дали независимые измерения полного потока нейтрино и потока электронных нейтрино.

Стоит отметить, что нейтральный ток был предсказан только в 1967 году и не был обнаружен до начала 1970-х годов.

По большей части сообщество солнечных нейтрино полагало, что существует какое-то неправильно понятое свойство обнаружения нейтрино , которое заставляет всех измерять одну треть предсказанного потока солнечных нейтрино. Потребовалось много лет, прежде чем возможность того, что неправильно понятый бит был свойством самого нейтрино, была действительно серьезно воспринята.

Я точно не знаю, но полагаю, что обсуждение дизайна SNO началось в начале 1990-х. С детектором связано много технических проблем, не в последнюю очередь из-за того, что многие тонны тяжелой воды взвешены во многих тоннах легкой воды на тонкой прозрачной мембране. Тяжелая вода предоставлена ​​канадской атомной энергетикой; У SNO есть солидный страховой полис, чтобы заплатить, чтобы заменить его, если мембрана порвется и тяжелая вода смешается с легкой водой и испортится.

На мой взгляд, причин несколько:

• Расчеты солнечной модели: Одно из возможных объяснений заключалось в том, что с солнечными моделями были проблемы, которые, вероятно, недооценивали некоторые ошибки.

• Сложный эксперимент: в этом эксперименте использовалось множество химических методов, которые обычно очень трудно контролировать. Дэвис проделал невероятную работу, но только с более чистыми экспериментами, основанными на черенковском излучении, мы смогли полностью подтвердить результаты Homestake.

• Теоретические предубеждения: Смешивание кварков было обнаружено задолго до смешения нейтрино, и матрица смешения в этом случае (CKM) оказывается почти диагональной. С другой стороны, чтобы объяснить дефицит солнечных нейтрино, нужны относительно большие углы смешивания. Сегодня мы знаем, что матрица PMNS очень далека от диагонали, но в то время это не было чем-то тривиальным.

Нейтрино очень слабо взаимодействуют с другими частицами, поэтому для их обнаружения приходится строить огромные и высокочувствительные детекторы , например Супер Камиоканде . Эти технологии не были доступны в 1960-х годах.