Författarna till en studie publicerad i Fysisk granskning D har visat att koherent neutrinospridning med kärnor ger ett nytt sätt att mäta neutrinoladdningsradier. Denna interaktion förutspåddes teoretiskt för mer än 40 år sedan, men svårigheten att mäta den mycket lilla kärnkraftsrekylen hämmade dess experimentella observation fram till 2017 av COHERENT-experimentet.
Med hjälp av SAMMANHÅLLANDE data, författarna till denna artikel kunde sätta gränser för neutrinoladdningsradien, och, för första gången, gränser för neutrinoövergångsladdningsradien, som är kvantiteter bortom standardmodellen för partikelfysik.
Neutrinos anses allmänt vara neutrala partiklar, men i verkligheten, de kan ha en mycket liten elektrisk laddning, och det är mycket troligt att de har laddningsradier. Verkligen, i standardmodellen, neutriner har mycket små laddningsradier i storleksordningen 10 −33 kvadratcentimeter.
Tills nu, neutrinoladdningsradierna har sökts i elastiska neutrino-elektronspridningsexperiment. För liten energiöverföring, både standardmodellens tvärsnitt och effekten av neutrinoladdningsradierna vid elastisk neutrino-elektronspridning visar sig vara mindre med en faktor i storleksordningen kärnmassan dividerat med elektronmassan med avseende på fallet koherent elastisk neutrinokärnaspridning. Därför, när det gäller datainsamling, Experiment med koherent elastisk neutrino-kärnspridning har en större potential för att undersöka neutrinoladdningsradier än mätningar av neutrino-elektronspridning.
I den grundläggande teorin om elektromagnetiska neutrinointeraktioner, neutrinoladdningsradierna definieras för massiva neutriner. Dock, effekterna av neutrinoscillationer kan försummas för experiment med kort avstånd mellan neutrinokällan och detektorn, som i uppsättningen av COHERENT-experimentet. I detta fall, den effektiva laddningsradien för en smakneutrino är relevant, där "smak" betyder elektron, muon eller tau neutrinos. Sedan i den ultrarelativistiska gränsen, laddningsformfaktorn bevarar neutrinoheliciteten som standardmodellens svaga interaktioner, bidraget från neutrinoladdningsradien till den elastiska spridningen av neutriner med en laddad partikel bidrar koherent till standardmodellens svaga interaktioner och kan uttryckas genom förskjutningen i den svaga blandningsvinkeln, även känd som Weinberg-vinkeln.
Detta recept tar hänsyn till bidragen till neutrinointeraktioner av laddningsradier för de tre smakneutrinerna. Dessa är de enda laddningsradier som finns i standardmodellen, eftersom generationens leptontal bevaras. Dock, i teorier bortom standardmodellen, neutrinos kan ha övergångsladdningsradier som ändrar neutrinosmaken. Till exempel, i massiva neutrinoteorier, laddningsradierna definieras i massbasen för de fysiskt fortplantande neutrinerna, så att även om matrisen för neutrinoladdningsradien är diagonal i massbasen, övergångsladdningsradier genereras av blandningen, ett kvantmekaniskt fenomen som innebär att en neutrino skapad med ett specifikt leptonfamiljnummer senare kan mätas ha ett annat leptonfamiljenummer.
Författarna erhöll gränser för diagonala laddningsradier och övergångsladdningsradier från analyser av det tidsintegrerade COHERENT energispektrumet och de tidsberoende COHERENTA data med hänsyn till osäkerheten hos neutronfördelningarna i cesium och jod (målmaterialet för experimentet), parametriserad av motsvarande kärnrotsmedelvärde kvadratradier. Författarna har visat att tidsinformationen för COHERENT data begränsar de tillåtna intervallen för laddningsradier, speciellt den för myonneutriner som visade sig vara i intervallet −8×10 −32 till 11×10 −32 kvadratcentimeter vid 90 procents konfidensnivå.
Dessa resultat visar lovande utsikter för nuvarande och kommande neutrino-kärnspridningsexperiment.
