Effetto Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein

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L'effetto Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein effect (MSW) (chiamato anche effetto di materia) è un processo della fisica delle particelle che può modificare il meccanismo dell'oscillazione di neutrino nella materia. I lavori del 1978 del fisico statunitense Lincoln Wolfenstein e dei lavori del 1986 dei fisici sovietici Stanislav Mikheyev e Alexei Smirnov consentirono la comprensione di questo effetto.

La presenza di elettroni nella materia cambia i livelli energetici della propagazione degli autostati dei neutrini attraverso lo scattering coerente in corrente carica in avanti dei neutrini elettronici (cioè attraverso l'interazione debole). Questo significa che i neutrini nella materia hanno masse effettive diverse rispetto ai neutrini nel vuoto, e poiché le oscillazioni di neutrino dipendono dalla differenza delle masse dei neutrini al quadrato, le oscillazioni dei neutrini possono essere diverse nella materia rispetto al vuoto. Con gli antineutrini, è simile ma la carica effettiva, l'"isospin debole" che si accoppia con l'interazione debole ha segno opposto.

L'effetto è importante quando la densità di elettroni è molto alta, come al centro del Sole dove i neutrini elettronici sono prodotti. I neutrini ad alta energia osservati, per esempio nell'esperimento SNO e in Super-Kamiokande sono prodotti come autostati "pesanti" nella materia ν2m, e rimangono tali fin tanto che la densità della materia nel sole non cambia. I neutrini possono passare per una risonanza MSW nella quale i neutrini hanno la probabilità massima di cambiare la loro natura, ma accade che questa occorrenza è trascurabile - questo è chiamato propagazione in regime adiabatico. Quindi, i neutrini di alta energia che lasciano il Sole sono in un autostato che si propaga nel vuoto, ν2, che ha una sovrapposizione con il neutrino elettronico ridotta: νe = ν1 cosθ + ν2 sinθ rivelato nel rivelatore con reazioni in corrente carica.

Per i neutrini solari di alta energia l'effetto MSW è importante, e porta ad aspettare che Pee=sin2θ. Questo è stato fortemente confermato dal Sudbury Neutrino Observatory, dove il problema dei neutrini solari è stato definitivamente risolto. È stato osservato che circa il 34% dei neutrini elettronici (misurati con reazioni in corrente carica) arrivano al rivelatore, mentre la somma dei flussi di tutti i neutrini (misurati con reazioni in corrente neutra) è coerente con le aspettazioni teoriche. Questo consente la determinazione di sin2θ ≈ 1/3.

Per i neutrini solari di bassa energia gli effetti di materia sono trascurabili e si applica la formule per le oscillazioni nel vuoto Pee=1-(sin22θ)/2. Con lo stesso valore dell'angolo di mixing solare, θ, si ottiene una soppressione Pee ≈ 60%. Questo è consistente con le osservazioni sperimentali su tali neutrini come quelli osservati dall'esperimento Homestake, Gallex/GNO e SAGE.

L'effetto MSW può anche modificare le oscillazioni nella Terra, e le ricerche future sulle oscillazioni e sulla violazione di CP potranno usare questa proprietà.

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