中微子与振荡

混合角与质量平方差(mixing angles and mass-squared differences)

中微子振荡有为数不多的几个旋钮,大自然把它们拨到了特定的数值上,而测量这些设定,是一场长达数十年的探求。这些数字分为两族。第一族是混合角,它说明味与质量态混合得有多彻底——配方彼此重叠到什么程度。第二族是质量平方差,它定下节奏——中微子飞行时振荡循环得有多快。

混合角有三个,通常写作 theta-12、theta-23 和 theta-13。theta-12 用太阳中微子测得,是个大角;theta-23 用大气中微子和加速器中微子测得,也很大,接近最大值;theta-13 最小,最难找,2012 年前后终于用反应堆中微子测出。两个质量平方差,是三个质量各自平方之间的差距:一个较小的'太阳'差和一个较大的'大气'差,后者大约是前者的三十倍。关键在于,振荡只依赖这些平方差,从不依赖质量本身,这就是为什么它能证明中微子有质量,却不揭示它们到底有多重。

这六个左右的数字,如今是中微子物理的核心输入量,全世界的实验正把它们测得越来越精确。然而它们提出的问题和它们回答的一样多。这些数值与夸克部门看上去出奇地不同,绝对质量标度仍然藏而不露,其中一个平方差的符号(质量排序)也仍是未知数。再加上尚未测出的 CP 相位,这些振荡参数是一扇小而锐利的窗,让我们窥见赋予中微子质量的那种新物理。

较大的'大气'质量平方差约为 0.0025 eV²,而较小的'太阳'质量平方差约为 0.000075 eV²。正是这些微小的数字,定下了振荡变得可见所需的距离——对加速器束流而言是数百到数千公里。

两个微小的质量平方差,定下了中微子振荡的两套节奏。

一个混合角接近'最大'(45 度)意味着接近完美的对半混合,而不是说中微子跑得快;这个角是味态与质量态之间重叠程度的量度,与方向或速度毫无关系。

又称
theta-12, theta-23, theta-13delta-m-squaredoscillation parameters振荡参数