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中微子与振荡究竟测量什么

弱相互作用产生和探测电子、缪子、陶子中微子味态;传播由质量本征态 ν₁、ν₂、ν₃ 描述。PMNS 矩阵联系这两组基底。本章采用

|να⟩=∑i=13Uαi*|νi⟩

星号表示复共轭。不同质量分量积累不同相位,因此探测到某种味的概率随传播距离和能量变化。振荡测量质量平方差与混合,而不是直接测得每颗中微子的绝对质量。

对于不同味的出现概率(α ≠ β),在有效二味、相干、超相对论、真空近似下,

Pα→β=sin2(2θ)sin2(1.267Δm2LE)

L 的单位为 km,E 为 GeV,Δm² 为 eV²;数值因子完成单位换算,θ 为混合角,正弦函数的自变量无量纲。完整三味理论还有其他角度、相位及两个独立质量平方差。物质效应会改变传播,真空教学公式不能替代所有实验的完整拟合模型。

两个已观测到的独立质量平方差要求至少两种中微子质量非零。中微子属于狄拉克还是马约拉纳粒子仍是开放问题。氚 β 衰变约束有效电子中微子质量;宇宙学上限依赖宇宙学模型。这些测量互相补充,却不能混用名称。

**自己算一算:**固定 Δm²,将 L 与 E 同时增大一倍,以上真空概率不变。仅凭振荡不能确定绝对质量尺度。

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