中微子有质量这件事，说的就是，它参与相互作用的那种波函数——弱相互作用本征态，是质量本征态的混合，也就是说，三种质量本征态的线性

中微子振荡和恒星(友情客串）

(2010-05-10 10:33:02)

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标签： 中微子 杂谈

分类： 数理

在标准模型里，费米子获得质量是通过Higgs标量场的YUKAWA耦合，其中左手费米子处SU(2)二重态，右手费米子处SU(2)单态，这样一来在Higgs场的真空自发破缺之后，上型的夸克、下型的夸克、电子缪子陶子都会获得质量，但是中微子是没有质量的，如果实验上恰好永远证实中微子没有质量，那么人们也不会要在这个问题上多想些什么，但是一但中微子是有质量的，这个事实迟迟早早都会被各种实验所证实，例如，在宇宙学里中微子有质量的话就可以充当热暗物质的角色，并且在大尺度上能够给出良好的结构形成的图像，再比如这个质量混合也是标准模型里CP破坏的又一个来源，等等。

这里我们得清楚，通常我们只考虑上型夸克的质量混合，那是因为考虑了上下型都有混合或者只有上型或者下型有混合的状况是等价的，这是从可观测量的角度出发得到的结论，如果中微子没质量轻子有没有混合都是一样的，所以有了质量就会产生新的CP破坏。

好吧我们已经看到，中微子有质量这件事，说的就是，它参与相互作用的那种波函数——弱相互作用本征态，是质量本征态的混合，也就是说，三种质量本征态的线性组合。但是实验上我们只能一次看到一种态，就是说它通过弱相互作用本征态作用完了之后，到在壳的末态时应该是质量本征态的一种线性组合，可是我们只能看到其中一种，比如电子中微子。虽然只能看到一种，但是它在运动过程中会产生到其他质量本征态的转换，这是一个量子力学的过程，被称为所谓振荡。处于不同能量的中微子还可能在传播过程中被介质加强或者削弱这种震荡。然后我们在另一个地方放探测器，就可以看到原来比例中微子比例发生了改变。

在这种图景下，我们指望通过观察某个比较强的中微子源的中微子振荡现象，来检验我们的理论（我们的理论只得到混合矩阵的一些参数而已），而且我们的了解这样的中微子源释放中位子的信息。所以核反应堆和恒星可以充当这样的角色。

恒星形成于在自引力作用下逐渐结团的早期宇宙气体，这是一个正反馈过程，就是说密度偏高的地方会更高。气体板结成比其它地方密度高的团块后碎裂，碎块就是原恒星的婴儿期。原恒星继续在自引力作用下向质心塌缩，达成力学平衡后，温度还不够核反应，但是温度梯度的存在使得这种平衡被打破，引力继续发挥作用找新的力学平衡，周而复始。所以原恒星要释放引力势能，引力势能一部分转化成内能（就是它引起新的不平衡），另一部分转化成辐射能放出，它是发光的，发红光。当内部温度在这个过程中达到10^7K，氢就可以点火了。

氦的点火温度是10^8K把氢烧成炭，碳的是5*10^8K把碳烧成硅，最后在约10^9K的条件下，最后的，把硅烧成铁，铁的结合能最大，将是核反应的终止。问题是不是所有原恒星都到得了主序星，是不是所有的主序星都烧得成铁？当然不是。第一个问题出在，费米子气体有简并压，它的存在使得原恒星不能够在自引力作用下进一步塌缩，如果在氢点火温度达到前就停止收缩了，那么它就不可能发生核反。第二个问题也一样，逐级点火的温度逐渐上升，如果烧完了氢温度又不到氦的点火温度，简并压就终止了收缩，那么它也是不会继续点火的。

太阳的命运是它的质量使得它安全度过了原恒星的青春期，现在正值壮年，但是它的质量又使得他不能烧出洋葱头（一圈圈的内部结构），只能在氢烧完了之后，发生氢壳燃烧，变成红巨星，在这个垂暮的年龄，一不小心到了氦的点火温度，砰的爆炸了，炸完事儿后留下个白矮星。

大质量的主序星则会演化到中子星或者黑洞。（红巨星在吸引周遭物质的情况下，也会形成黑洞）。

好了，我们已经看到我们的恒星是如何的可以被称为核反应堆了。太阳的模型被证实是很成功的。下一步我们就可以利用它，来在地球上探测太阳中微子的事儿了。这个事儿就是当年的——太阳中微子之谜。

如果QCD的色禁闭是一个有趣的问题，那么中微子也一样，它不是简单的确定矩阵参数的问题，而是关乎要怎么理解中微子相互作用的细节。