ニュートリノ速度の測定-Wikipedia

ニュートリノ速度の測定 相対性の特別な理論のテストとして実行され、ニュートリノの質量を決定するために行われます。これは、遠い天文放射源によっても送られた光とニュートリノも同時に地球に到着するかを調べます。陸生的な方法は、同期時計を使用した飛行時間測定によってニュートリノ速度を決定するか、その速度を他の粒子の速度と比較することです。

ニュートリノはマセロスではないため、その速度はエネルギーに依存する必要があり、いずれにせよ、光の速度を下回っています。エネルギーが実際に発生した場合、違いはわずかです。以前の測定は、それが存在する場合、それが存在する場合、（相対）10の上限をあきらめました ^-9 、したがって、光の速度の約10億。これは、測定精度のフレームワーク内の予測と一致します。

運動エネルギー	1これ	10これ	100これ	1プロフェッショナル	1 Mev	1 Gev	1あなた	1 PEV
多く	速度不足 ${displaystyle 1- {tfrac {v} {c}}}$
0.2これ	0.014	1.92・10 -4	2・10 -6	2・10 -8	2・10 -14	2・10 -20	2・10 -26	2・10 -32
1これ	0.134	4.14・10 -3	5・10 -5	2・10 -7	5・10 -13	5・10 -19	5・10 -25	5・10 -31
2これ	0.255	1.40・10 -2	2・10 -4	2・10 -6	2・10 -12	2・10 -18	2・10 -24	2・10 -30

長い間、粒子物理学の標準モデルの一部として、ニュートリノはマセロスであると想定されていました。その後、彼らは相対性の特別な理論に従って光の速度で動かなければなりません。しかし、ニュートリノ振動の発見以来、それらは質量を持ち、したがって光の速度で固体粒子のみが動くため、光よりもわずかに遅いことが知られています。エネルギー全体がによって与えられます

${displaystyle e = {frac {mc^{2}} {sqrt {1- {frac {v^{2}} {c^{2}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

、

ニュートリノ速度で の そして光の速度 c 。ニュートリノマス m 2 ev未満/ c ²、そしておそらく0.2 eV/未満です c ²。ニュートリノエネルギーが低い場合にのみ、速度の明確に測定可能な偏差があります（右側の図とテーブルは、0.2、1、2 eVで計算されます）。 ^[初め]

以前の実験では、10 MeVを超えるニュートリノエネルギーを使用していました。したがって、このエネルギー部門の特別な相対性理論によって予測される速度の違いは、時間測定の現在の精度では決定できません。それにもかかわらず、実験が行われているという事実は、特別相対性理論の基本的な特性であるロレンツィンバリエンスの負傷の理論的可能性に関連しています。 ^[2] これらは、量子重力の投機的なバリエーションによって動機付けられており、光の速度からの大幅に大きな偏差が可能になる可能性があります（ローレンツィンバリエンスの最新のテストを参照）。飛行時間の測定に加えて、これにより、可能性のあるローレンツ損傷を分析することにより、ニュートリノ速度の間接的な決定が可能になります。

フェルミラブは、1970年代に陸生測定を実施しました。そこでは、ミオンの速度がニュートリノおよびアンチントリノの速度と比較されました（30〜200 GEVのエネルギーを使用）。 Fermilab schm-schmalband-neutrinostビームを測定に使用しました。 400 GEVプロトンはターゲットを満たし、パイオンとカオンからの二次光線をもたらします。 345メートルの長さの避難した減衰チューブで、彼らはニュートリノとミオンに押しつぶされます。残りのハドンは二次吸収体によって停止されるため、部分検出器に到達するために、ニュートリノとエネルギーに富むムーンのみが500メートルの長さの土と鋼の盾に浸透します。

陽子はナノ秒の持続時間と18.73 nsの距離のバンドルで伝達されたため、速度の差がニュートリンバンドルの拡張につながり、次にニュートリノ時代全体のシフトにつながるため、マイオンとニュートリノの速度を決定できます。まず、ミオンとニュートリノの速度を比較しました。 ^[3] アンチントリノも後に考慮されました。 ^[4] 精度を測定するというコンテキストでは、光の速度からの逸脱はありませんでした、相対的な不確実性は

${displaystyle {frac {| v-c |} {c}} <4cdot 10^{-5}}$

（95％信頼区間）。

この測定精度では、ニュートリノ速度のエネルギー依存性も決定できません。

これまでの光の速度との最も正確な一致は、1987年7.5〜35 MEVのエネルギーを持つ抗酸化剤を観察することにより、約160,000光年の距離でSupernova 1987aで作成されていました。 ^{[5] [6]} 光がからの相対偏差に対応する前のニュートリノ周辺の数時間

${displaystyle {frac {| v-c |} {c}} <2cdot 10^{-9}}$

、

しかし、それらは、低分断ニュートリノが超新星の領域を自由に通過する可能性があるが、光はより長くかかったという事実に起因している。 ^{[7] [8]}

3-GEV-Neutrinosの絶対輸送時間の最初の測定は、734 kmの距離でFermilabからMinos Group（2007）によって実行されました。 ^[9] MinosはFermilabメインインジェクターを使用してニュートリノ（numi-beam）を生成し、抽出段階あたり5〜6バンドルで120 Gevプロトンをグラファイト星で撃ちました。得られた中間子は、ミオンヌートリノス（93％）とミオナンティーニューヌートリノス（6％）の675メートルの長い減衰トンネルに落ちました。到着時間は、ミノスの近くのリモート検出器での到着時間を比較することにより決定されました。両方のステーションの時計は、GPSによって同期されました。

約126 nsの初期のニュートリノ銃がありました。体系的な誤差の不安では、地球の表面のGPS受信機と地下研究所の間の時間信号の伝達のための2つの光ファイバー化合物が支配しています。 2つの検出器間の距離に関連して

${displayStyle（5 {、} 1pm 2 {、} 9）CDOT 10^{-5}}$

（68％信頼区間）、1.8σで有意ではありませんでした。科学的発見として認識には5σが必要です。 ^[十]

一方、99％の信頼区間では、この実験の後、の相対速度偏差があります

${displaystyle -2 {、} 4cdot 10^{-5} <{frac {v-c} {c}} <12 {、} 6cdot 10^{-5}}$

、

結果を微妙な速度で調整できるようにします。 ^[9]

Opera-Neutrino-Anomalie（2011） [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

2009年から2011年にかけて、オペラグループは17 Gev Myon Neutrinos（CNGS）で飛行時間測定を実施しました。測定は、パイオンとキーが作成されたCERNのスーパープロトンシンクロトロンのターゲットの間の約730 kmの距離で行われました。 GPSを使用して、時計を同期し、正確な取り外しを決定し、ファイバーケーブルが長さ約8 kmのオペラ検出器で使用されていました。 10.5 µsの長さのプロトンパルスの時間分布は、約16,000の検出されたニュートリノイベントと統計的に比較されました。ニュートリノは、光の速度で予想されていたよりも約61 nsまでに検出器に到着したことが判明しました。異常は6σで有意に見えましたが、エラー分析は一時的なものとして説明されていました。 ^{[11] [12番目]}

いくつかの統計的間違いを除外するために、オペラは2011年10月と11月に変更された条件下で測定を実施しました。プロトンパルスは、524 nsの距離で3 nsの短いバンドルに分割されたため、すべてのニュートリノイベントをバンドルに割り当てることができました。 20のニュートリノイベントの測定では、以前の結果に従って、約62 nsの早期到着が示されました。さらに、オペラは、9月から約57 nsの主な統計分析に従って、初期のニュートリノ銃を更新しました。著者らは、偏差は6.2σであり、これは重要だと述べました。しかし、彼らは、彼らが結果からさらなる結論を引き出したくないこと、そして未知の系統的エラーを探し続ける必要があると付け加えました。 ^[11]

このトピックでは、Arxiv-Pre出版（ただし、正確な評価の対象ではありません）の多くの説明とレビューが公開されました。それらのいくつかは現在、評価済みの専門雑誌に掲載されています。 ^[13] オペラの結果に対する大きな異議は、アンドリュー・G・コーエンとシェルドン・リー・グラショーによって発行されました。著者らは、ニュートリノで覆われた速度を発生しなければならないローレンツ暴力理論で発生するはずの真空 – シェルンコウ効果を適用します。彼らは、電子陽電子ペアの生成を予測し、その結果、ニュートリノが短時間になります。 ^[14] ただし、これは隣接するIcarusグループによっては観察されませんでした。 ^[15]

しかし、2012年2月と3月には、さらなるテストで2つのエラーが示されていることがわかりました。一方では、GPSレシーバーとコンピューターカードの間の誤った光ファイバーケーブル接続と、GPSの同期中にTime Templeとのニュートリノイベントを提供するために使用された発振器です。エラーは反対方向に機能します。さらなる調査の場合、オペラ探知機と隣接するLVD検出器への宇宙ムーンの到着の比較により、2008年から2008年から2012年から2012年の比較して、2008年から2011年の期間の期間が示されました。これはケーブルエラーによって引き起こされたため、約73 nsを-60 nsの初期ニュートリノ銃に追加する必要があります。反対のオシラ誤差は、約-15 nsで決定されました。 ^{[16] [17]} その結果、これらの2つの問題は、約-60 nsのオペラ異常の原因として確認されました。 ^[18]

最終結果 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

2012年7月、Opera Groupは2009年から2011年までのデータの新しい分析をリリースしました。この分析では、エラーの原因が考慮されました。からの飛行時間の違いに新しい上限がありました

${displaystyle delta t = 6 {、} 5pm 7 {、} 4（mathrm {stat。}）{textStyle {+8 {、} 0}}（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}}$

速度の違いの上限

${displaystyle {frac {v -c}} =（2 {、} 7pm 3 {、} 1（mathrm {stat。}）{textStyle {+3 {、} 4 atop -3 {、}}（mathrm {sys。}））$

。

2011年10月と11月からのバンドルされたパルスの新しい分析も示しました

${displaystyle delta t = -1 {、} 9pm 3 {、} 7（mathrm {stat。}）、mathrm {ns}}$

。

これらの結果はすべて、光の速度、10と一致します ^-6 -id制限は、以前の陸生飛行時間測定よりも正確です。 ^[19]

オペラグループが元の測定値を修正する前に、イカロスグループは2012年3月にニュートリノ速度の独自の測定を公開しました。オペラと同様に、イカロス検出器もLNGにあります。外部時間測定には同じ機器が使用されることがありますが、内部時間測定は独立していました。 Icarusは、2011年10月から11月の間にオペラが使用したのと同じプロトンパルス、つまり524 nsの距離の3-NSプロトンパルスのニュートリノを調べました。それぞれのプロトンパルスに直接リンクできる7つのニュートリノイベントが観察されました。測定された到着時間と光の速度で予想できる違いの違いの上限は ^[20]

${displaystyle delta t = 0 {、} 3pm 4 {、} 0（{text {stat}}）pm 9 {、} 0（{text {syst}}）、mathrm {ns}}$

。

測定精度のコンテキストでは、光の速度と一致しています。 ^[21]

2012年5月、CERNはCNGS-Neutrinosを再びGran Sassoに放送しました。 LNGS実験Borexino、Opera、Icarus、およびLVDは、照明速度が一致するニュートリノイベントのデータ評価から始まりました。 ^[22] 17 Gev Myonneutrinosは、≈300nsで分離された厳密なトラクションごとに4つのパルスで構成されていました。パルスは、距離約100 nsの16バンドルに分割され、バンドリング幅≈2nsでした。 ^[23]

Borexino [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

Borexinoグループは、2011年10月から11月まで、2012年5月までにバンドルされたCNGS光線の測定からのデータを分析しました。 ^[23] 2011年のデータから、彼らは36のニュートリノイベントを評価することができ、光とニュートリノの間の飛行時間の違いの上限を受け取りました

${displayslayslayslayslayslayslayslaystyle delta t = {、} 5pm 7（mathrm {stat。}）pm 6（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}$

。

2012年のデータを評価するために、新しいトリガーシステムと測地GPSレシーバーにリンクされたルビジウムクロックをインストールすることにより、測定デバイスを改善しました。 ^[24] LVDとIcarusと一緒に、彼らは独立した正確な測地線を実施しました。 62のニュートリノイベントを最終分析に使用できます。これにより、飛行時間の違いの上限が表示されました

${displaystyle delta t = 0 {、} 8pm 0 {、} 7（mathrm {stat。}）pm 2 {、} 9（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}}}$

、

の速度差の上限に応じて

${displaystyle {frac {| v-c |} {c}} <2 {、} 1cdot 10^{-6}}$

（90％信頼区間）。

LVD [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

LVDグループは、2011年10月から11月にかけてバンドルされたCNGS光線を最初に分析しました。 ^[25] 彼らは32のニュートリノイベントを評価し、光とニュートリノの飛行時間の違いの上限を受け取りました

${displayllllllll delta t = 3 {、} 1pm 5 {stat。} 3（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}$

。

2012年5月の測定の一環として、彼らはBorexinoグループによって開発された外部機器と、LVD、Borexino、およびIcarusによって決定された測地データを使用しました。彼らはまた、シンチレーションカウンターとトリガーを改善しました。 48のニュートリノイベント（50 MEVを超えるエネルギーを使用して、平均ニュートリノエネルギー17 GEV詐欺）を分析に使用し、飛行時間の違いに上限があります。 ^[25]

${displaystyle delta t = 0 {、} 9pm 0 {、} 6（mathrm {stat。}）pm 3 {、} 2（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}}}$

速度の違いのために

${displaystyle -3 {、} 8cdot 10^{-6} <{frac {v-c} {c}} <3 {、} 1cdot 10^{-6}}$

（99％信頼区間）。

イカロス [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

2011年10月から11月までバンドルされたCNGS光線の分析の後（上記#Icarus（2012）を参照）、Icarusグループは5月からの測定の分析も公開しました。彼らは、内部時間測定とCERNとLNGの間の間の両方の測定を改善し、測地測定をボレキシノとLVDとともに使用し、ボレキシノスLNGS-TIMEシステムを使用しました。 25のニュートリノイベントを評価でき、ニュートリノと光の間の飛行時間の違いの上限があります ^[26] から

${displaystyle delta t = 0 {、} 18pm 0 {、} 69（mathrm {stat。}）pm 2 {、} 17（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}}}$

、

からの速度の違いによると

${displaystyle {frac {v-c} {c}} =（0 {、} 7pm 2 {、} 8（mathrm {stat。}）pm 8 {、} 9（mathrm {sys。}））cdot 10^{ – 7}}}$

。

それ以上のニュートリノ速度

${displaystyle 1 {、} 6cdot 10^{-6} c}$

（95％信頼区間）は除外されます。

オペラ [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

元の結果を修正した後、Operaは2012年5月の測定も公開しました。 ^[27] 4つの異なる分析方法と別の独立したタイミングシステムを使用して、ニュートリノイベントを評価しました。彼らは、光とミオンノートリノスの飛行時間の違いの上限を示しました（分析方法に応じて48〜59のニュートリノイベント）

${displaylllllle delta t = 0 {stat。} 6（mathrm {stat。}）pm 3 {sys。}）、mathrm {ns}$

および光と抗ミオンノートリノの間（3つのニュートリノイベント）

${displaystyle delta t = 1 {、} 7pm 1 {、} 4（mathrm {stat。}）pm 3 {、} 2（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}}}$

、

の領域の光の速度で満場一致で

${displaystyle -1 {、} 8cdot 10^{-6} <{frac {v-c} {c}} <2 {、} 3cdot 10^{-6}}$

（90％信頼区間）。

古いタイムキーパーシステム [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

LNGS測定と並行して、Minosは2007年の予備測定も継続しました。 7年以上のニュートリノイベントが評価されました。さらに、GPS-Timingシステムが改善されており、電子コンポーネントの遅延を考慮し、時間測定装置を改善します。それぞれ5〜6個のバンドルを含む10μsニュートリノプルムは、2つの方法で分析されました。最初（2007年の測定のように）、さらに離れた検出器のデータは一般に最初の検出器のデータから統計的に決定されました。光とニュートリノの間の時間差の次の制限が決定されました。 ^{[28] [29]}

${displaystyle delta t = -18pm 11（mathrm {stat。}）pm 29（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}$

。

2番目の方法では、個々のニュートリンバンドル自体のデータが使用されました。その結果：

${displaystyle delta t = -11pm 11（mathrm {stat。}）pm 29（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}$

、

ニュートリノ速度と光の速度は、測定の精度と一致します。

新しいタイムキーピングシステム [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

精度をさらに高めるために、新しいタイムキーピングシステムが開発されました。インストールされました

• プロトンの時間分布を測定する「抵抗壁電流モニター」（RWCM）、
• cs-atomuhren、
• デュアル周波数GPSレシーバー
• 遅延時間を測定するための補助検出器（検出器の信号処理によって引き起こされる遅延）。

分析のために、各ニュートリノイベントは10μsパルスの1つに割り当てられ、尤度分析が作成されました。その後、異なるイベントの確率値を組み合わせました。その結果： ^{[30] [最初に30]}

${displaystyle delta t = -2 {、} 4pm 0 {、} 1（mathrm {stat。}）pm 2 {、} 6（mathrm {sys。}）、mathrm {ns}}$

、

その結果

${displaystyle {frac {v-c} {c}} =（1 {、} 0pm 1 {、} 1）times 10^{-6}}$

。

2013/14年には、検出器「Minos+」が改善されているため、さらに精密測定が行われます。

標準モデルの拡張などのLorentz-無傷のモデルは、他の粒子のエネルギーと減衰速度を調べることにより、光の速度とニュートリノ速度の間の偏差の間接的な決定も可能にします。 ^[2] このようにして、ニュートリノのオーバーロックは、いわゆる真空シェリェンコウ放射を放出する必要があります。これは、たとえばBorrielloによって、より正確な測定境界を多く達成できることを意味します。 et al。 （2013） ^[32] ：

${displaystyle {frac {| v-c |} {c}} <10^{-18}}$

。

このようなテストについては、Lorentzinvariance＃Speedの最新のテストを参照してください。

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