Введение
Глава 1. Нейтрино. Что мы знаем об этой частице 13
1.1 Краткая история нейтрино 13
1.2 Стандартная Модель: принципы теории и смешивание фермионов
1.2.1 Лагранжиан до нарушения калибровочной симметрии 17
1.2.2 Лагранжиан после нарушения калибровочной симметрии 19
1.3 Осцилляции нейтрино в вакууме и веществе 22
1.3.1 Вакуумные осцилляции 22
1.3.2 Осцилляции нейтрино в веществе
1.4 Число поколений нейтрино 27
1.5 Масса нейтрино 28
1.6 Электромагнитные свойства нейтрино 30
1.7 Заключение к главе 32
Глава 2. Нейтрино. Что мы хотим узнать об этой частице? 34
2.1 Прямые измерения массы нейтрино 34
2.2 Иерархия масс и нарушение CP инвариантности. 36
2.3 Безнейтринный двойной бета-распад 40
2.4 Стерильные нейтрино 43
2.5 Проблема солнечной металличности и CNO цикл 47
2.6 Астрофизические нейтрино и нейтринные телескопы 48
2.7 Нейтринная геофизика 50
2.8 Заключение к главе 52
II Разработка квантово-полевого подхода к описанию нейтринных осцилляций. 55
Глава 3. Квантовомеханическая теория осцилляций нейтрино в плосковолновом приближении и в модели с волновым пакетом 56
3.1 Квантовые состояния 56
3.2 Плосковолновая теория осцилляций нейтрино в вакууме 57
3.3 Лоренц-инвариантность нейтринных осцилляций 58
3.4 Плосковолновая теория осцилляций нейтрино в веществе з
3.4.1 Представления или выбор удобного базиса 60
3.4.2 Решение для вещества с постоянной плотностью 62
3.4.3 Решение для вещества с медленно меняющейся плотностью. Адиабатическое приближение
3.5 Неполнота и парадоксы плосковолнового приближения. Обзор предлагаемых
3.6 Общие свойства волнового пакета
3.6.1 Средняя траектория волнового пакета 69
3.6.2 Расплывание волнового пакета в конфигурационном пространстве 70
3.6.3 Поперечное расплывание волнового пакета ведет к закону обратных
3.6.4 Нековариантный гауссовый волновой пакет 73
3.7 Теория осцилляции нейтрино в вакууме в модели волнового пакета 75
3.7.1 Состояние нейтрино в модели волнового пакета и амплитуда перехода из источника в детектор 75
3.7.2 Макроскопическое усреднение вероятности перехода 77
3.7.3 Качественное обсуждение формулы для вероятности осцилляции в модели волнового пакета 78
3.8 Заключение к главе 81
Глава 4. Квантово-полевая теория релятивистского волнового пакета 84
4.1 Релятивистский волновой пакет 84
4.1.1 Определения 84
4.1.2 Средний 4-импульс 87
4.1.3 Волновой пакет для фермиона 88
4.1.4 Перестановочная функция 90
4.1.5 Многопакетные состояния 92
4.2 Релятивистские гауссовы пакеты 95
4.2.1 Функция фс(к,р) 95
4.2.2 Волновая функция ipG(p,x) 97
4.2.3 Перестановочная функция VG(p,q; х) 100
4.2.4 Приближение нерасплывающихся пакетов 101
4.2.5 Эффективные размеры и масса пакета 106
4.2.6 Неопределенности энергии и импульса пакета 106
4.2.7 Область применимости СРГП 108
4.3 Рассеяние волновых пакетов ПО
4.3.1 Амплитуда рассеяния 112
4.3.2 Число взаимодействий для неколлинеарных столкновений волновых пакетов 113
4.3.3 Релятивистская инвариантность квадрата прицельного параметра 115
4.4 Заключение к главе 116
Глава 5. Квантово-полевая теория осцилляций нейтрино в модели c релятивистским волновым пакетом 119
5.1 Макроскопические фейнмановские диаграммы 119
5.1.1 Макроскопическая диаграмма общего вида 119
5.1.2 Примеры макродиаграмм 120
5.1.3 Правила Фейнмана 123
5.1.4 Интегралы перекрытия 125
5.1.5 Плосковолновой предел 126
5.1.6 Тензоры перекрытия 126
5.1.7 Факторы, ответственные за баланс энергии-импульса 128
5.1.8 Геометрические факторы подавления и прицельные точки 128
5.1.9 Асимптотические условия 135
5.1.10 Фазовые факторы 136
5.1.11 Объемы перекрытия 136
5.2 Амплитуда процесса
5.2.1 Асимптотика амплитуды при больших L 140
5.2.2 Интегрирование по ф 141
5.2.3 Окончательная формула для амплитуды 147
5.2.4 Эффективный волновой пакет ультрарелятивистского нейтрино 150
5.3 Микроскопическая вероятность макроскопически разнесенных событий 152
5.3.1 Макроскопическое усреднение 153
5.3.2 Факторизация на три множителя 155
5.3.3 Вероятность осцилляции 155
5.4 Обсуждение результатов 160
5.4.1 Метод и основные этапы вычисления 160
5.4.2 Как виртуальное нейтрино становится реальным 163
5.4.3 Усреднение по ансамблю и роль релятивистской ковариантности 164
5.4.4 Вероятность флэйворных переходов 165
5.4.5 Наблюдаемость волнового пакета 168
5.4.6 Сравнение с результатами работ других авторов 170
5.5 Заключение к главе 173
III Измерение угла смешивания ви и разности квадратов масс Агаe e в эксперименте Daya Bay 177
Глава 6. Эксперимент Daya Bay 178
6.2 Описание эксперимента 180
6.3 Калибровка детектора
6.3.1 Временная калибровка 187
6.3.2 Калибровка энергии 188
6.3.3 Разрешение энергии 200
6.3.4 Абсолютная энергия антинейтрино 201
6.4 Заключение к главе 204
Глава 7. Антинейтринный сигнал и оценка фона 207
7.1 Отбор антинейтрино 207
7.2 Отбрасывание фоновых событий
7.2.1 Инструментальный фон 213
7.2.2 Некоррелированные фоновые сигналы 216
7.2.3 Коррелированные фоны 220
7.3 Отбор антинейтрино. Краткая сводка результатов 236
7.3.1 Эффективности детектирования 236
7.3.2 Отобранный набор событий со взаимодействиями йе 237
7.4 Заключение к главе 240
Глава 8. Осцилляционный анализ 242
8.1 Электронные антинейтрино от ядерного реактора 242
8.1.1 Введение 242
8.1.2 Мощность реактора и эволюция топлива 242
8.1.3 Вычисление спектра реакторных антинейтрино 243
8.1.4 Неравновесная поправка к конверсионным спектрам 246
8.1.5 Отработанное ядерное топливо 246
8.1.6 Реакторные аномалии
8.2 Сечение обратного бета-распада 248
8.3 Предсказание числа взаимодействий йе 250
8.4 Статистический анализ
2 8.4.1 Функция правдоподобия и учет результатов предыдущих измерений 254
8.4.2 Приближение ковариационной матрицы 255
8.4.3 Маргинализация доверительного интервала по параметрам 256
8.4.4 Моделирование систематических неопределенностей 258
8.5 Результаты анализа 259
8.5.1 Измерение амплитуды осцилляции sin2 2в13 на основе полного числа
8.5.2 Измерение значений sin2 2913 и Ат232 на основе измеренных чисел событий взаимодействия антинейтрино и их энергетических спектров 261
8.5.3 Измерение спектра реакторных антинейтрино 265
8.5.4 Бюджет ошибок 266
8.5.5 Ограничение на дисперсию импульса волнового пакета нейтрино 268
8.6 Заключение к главе 273 Благодарности 281
Глава 9. Словарь терминов 284
9.1 Определения, система единиц 284
9.2 Список сокращений 284
Список литературы 287
Список рисунков 305
Список таблиц 317
Приложение А. К квантовополевой теории осцилляций нейтрино 319
А.1 Комплексная функция ошибок и связанные с ней формулы 319
А.2 Многомерные гауссовы квадратуры 320
А.3 Факторизация адронных блоков
