ニュートリノの速度

質問

ニュートリノに質量があるそうですが、
しかしそうだとすると、ニュートリノは光速で飛行出来ないことになると思うのですが、どなたか教えていただけませんか？

回答No.1

shiara · ベストアンサー

ニュートリノに左巻きスピンしか存在しない理由として、ニュートリノが光の速さで移動しているため、というのがあります。これがもっとも説得力のある説明だと思いますが、ニュートリノに静止質量があるとするなら、ニュートリノは光の速さで動くことはできないことになり、ニュートリノに左巻きスピンしか存在しない理由が説明できなくなります。ニュートリノに静止質量があると主張している人たちは、この問題をどのように説明しているのか、聞いたことがありません。この問題を解決して、初めてニュートリノに静止質量がある、と言えるのです。

お礼

と、言う事はまだ質量があるとは確実でないのでしたか…
ありがとうございます

回答No.10

shiara

私がここをあまり掻き回しても、質問者様に失礼ですので、そろそろ退散したいと思いますが、私がニュートリノの質量に否定的なのは、スピンの問題があるからだけではありません。そもそも、ニュートリノは本当に3種類あるのでしょうか。もしかしたら、本当は1種類なのかもしれません。ニュートリノ振動の根拠とされたニュートリノの予想個数の計算は、ニュートリノの質量さえ分からないというのに、正確だといえるのでしょうか。ニュートリノに質量があるという以前に、確認すべきことがたくさんあるのではないのか、それをおろそかにしていないか、それを私は気にしているのです。

回答No.9

nzw

ニュートリノは左巻きしか発見されておらず、
反ニュートリノは右巻きしか発見されていません。
ただ、ここでのニュートリノ、反ニュートリノという
のはレプトン数の保存則がなりたつと仮定した場合
の分類であり、両者が別物であることが実験により
検証されているわけではありません。

ニュートリノと反ニュートリノが同一の粒子である
場合、有限質量で光速以下で飛行しているにもかか
わらず、右巻きニュートリノが観測されないという
ことが説明できます。つまり、右巻き反ニュートリノ
と思っていたものが、右巻きニュートリノであれば
謎は解決します。このように物質、反物質が
同じ粒子となるものをマヨラナ粒子と呼びます。
ニュートリノがマヨラナ粒子であるか否かは、現在
検証実験が進行中です。

なお、ニュートリノに質量がないとすると、ニュー
トリノが時間とともに別の世代に変化するという
ニュートリノ振動を説明する理論を、質量が原因
とする現在のモデル以外に求めなければなりません。

マヨラナ粒子であるか否かの検証実験の結果がでて
いないので、今のところ

1)ニュートリノは質量有のマヨラナ粒子。光速以下で飛行
2)ニュートリノは質量なし。光速で飛行。ただしニュートリノ振動は質量以外の原因

のどちらであるかは断言できません。ただし、今は１の予想の方が人気があります。

http://www.kek.jp/newskek/2004/sepoct/doublebeta1.html

http://www.kek.jp/newskek/2004/sepoct/doublebeta2.html

http://www.jahep.org/hepnews/2005/Vol24No3-2005.10.11.12kishimoto.pdf

http://osksn2.hep.sci.osaka-u.ac.jp/~naga/konan-class/ch13-nu.pdf

回答No.8

ryn

ここで本の内容を書くわけにもいかないのと，
私も専門ではなく完全に理解しているわけではないので，
#1 さんならご覧になったほうが早いと思います．

例えば，参考URLの
(1) 新たな巨大スケールの存在
あたりにも少しだけ触れられています．

あとは，#6 での回答で書いたキーワードとダブりもありますが，
　SO(10)，マヨラナ質量，シーソー機構，柳田勉
などで調べてみてください．

参考URL：

http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/tokutei/sinsei/node25.html

回答No.7

shiara

観測時の確率の問題と考えるのは、本質的な解決方法ではありません。先に述べたように、同じ物理状態であっても、観測者によって右巻きになったり左巻きになったりします。特殊相対性理論は、すべての慣性系は同等であり、特別な慣性系というものは存在しないと主張します。これに対し、左巻きが圧倒的に多く観測される慣性系があるとすると、それは特別な座標系ということになり、相対性理論とは相容れません。

回答No.6

ryn

No.3 です．

> 静止質量があっても光の速さで動くことが可能
> とか、
> 光の速さではないけど、それを追い越す座標系が存在しない
こういった部分は変更しない理論です．

ヘリシティも量子的な物理量なので
左巻きを眺めながら追い抜いたら右巻きになる
という古典的な理解ではまずく，
観測のたびに左巻きか右巻きかが決定するので，
左巻きが観測される確率が高いという事実を
量子的に説明しようとしたということです．

具体的には
・SO(10)大統一模型
・マヨラナ質量
などといったあたりの話です．

記憶が曖昧だったので確認してみたところ
　坂井典佑著『素粒子物理学』培風館
　ISBN 4563023906
にもちょっと記述があるのでご覧になってください．

ちなみに，つじつまあわせのための理論のひとつだと思っているので，
私はその理論を支持しているというわけではありません．

> ニュートリノに静止質量があるとするなら、
> これまで知られている理論に大幅な修正が必要となるでしょう。
No.5 さんの回答の2段落目の話のような修正は必要ないと思いますが，
ニュートリノに質量があるとわかった時点で
標準理論を越えた理論が必要であることは確かだと思います．

回答No.5

shiara

No1です。No3の方が示された「左巻きしか現れないことを説明する理論」は見たことがないので、どの程度確からしいのかは分かりませんが、それが正しいとするなら、相対性理論を覆すほどの内容になると思われます。なぜなら、その理論は、静止質量があっても光の速さで動くことが可能、とか、光の速さではないけど、それを追い越す座標系が存在しない、ということを主張することになるかもしれないからです。
　まず、左巻きスピンの意味ですが、粒子の進行方向のスピン成分が下向きであることをいいます。上向きなら右巻きです。粒子の進行方向とスピンの向きで巻き方が決まりますから、進行方向が逆向きの座標系から見れば、逆巻きのスピンになります。ある座標系から見て左巻きだったとすると、その粒子を追い越す座標系から見れば、右巻きに変わります。このように、右巻きか左巻きかは観測者に依存し、粒子の特性としてある訳ではありません。ところが、その粒子を追い越す座標系が存在しなければ、一方の巻き方しか観測されません。そういうことが起こるのは、粒子が光の速さで動いているときのみ、と現代物理学では教えます。そして、光の速さで動くものは静止質量がない、というように考えられています。もしニュートリノが静止質量があっても左巻きスピンしかない、というものであれば、上で述べたことのどこかが違っていてもよい、ということですから、相対性理論の大幅な修正が必要となるでしょう。
　No2の方の右巻きスピンのニュートリノについてですが、これも存在するとなると、素粒子物理学の修正が必要です。ニュートリノが関係する現象では、空間反転に対する対象性が破れていることは、現在では常識ともいえることですが、空間反転に対する対象性の破れがあること自体、ニュートリノが左巻きスピンしか存在しないことから確認されたことです。右巻きニュートリノが存在するなら、弱い相互作用における空間反転の対象性の破れは存在しない、ということになってしまうのではないでしょうか。
　以上のように、ニュートリノに静止質量があるとするなら、これまで知られている理論に大幅な修正が必要となるでしょう。

回答No.4

nzw

ちょっと計算してみました。

カミオカンデがニュートリノを検出した超新星
1987Aは、地球から16.4万光年の位置にあります。
この超新星爆発は、そこから来た光により発見
されました。光の到達時刻と、ニュートリノの
到達時刻がほぼ同じであったということは、ニュー
トリノの飛行速度もほぼ光速であったということ
になります。

カミオカンデでの検出の持続時間は13秒でしたから、
仮に同時に超新星からでた光とニュートリノが
1秒以内の差で地球に到達したとすると、
ニュートリノの速度をa×c　（ｃは光速。a<=1)
とすると、
a <= 1 - 1.9E-13
となります。殆ど光速といった感じですが、
電子ニュートリノの静止質量の上限は数eVであること
が別の実験から知られており、上記の速度の
ニュートリノは数MeV程度のエネルギーを持っていた
ことになります。

陽子の静止質量が約940MeVですから、別に
超新星ニュートリノが、上記の速度で飛来した
としてもそれほど不自然ではないように思います。

回答No.3

ryn

> と、言う事はまだ質量があるとは確実でないのでしたか…
今の時点でニュートリノに質量があるのは
#2さんが紹介しておられる K2K 実験などで
かなり有力になってきているはずです．

今までも，標準理論は最終理論ではないというのは
多くの理論物理学者の共通見解だったと思いますが，
K2K 実験により実際に現時点の理論に不備があることが確認された，
というような感じではないでしょうか．

K2K実験をさらに進めたT2K実験，
CERN で行われるアトラス実験など
今後も標準理論のほころびを調べる実験が次々行われるので，
その結果に注目しているのも面白いと思います．

ちなみに，質量の固有状態と弱い相互作用の固有状態は異なるので，
2つの異なる質量をカップリングさせることで
左巻きしか現れないことを説明する理論は
あったと思います．（自信なし）

回答No.2

sekisei

あまり詳しくないのですが。

質量有無の確認→右巻きスピンのニュートリノ確認といった順番で試験が行われているのかもしれません。

また右巻きの確認試験は試験自体が難しいようでなかなか確認できていないようです。

ネットで検索しただけなので自信はないですが、質量があるのはとりあえず認めて次に進みましょうと言った感じかもしれません。

http://www.kek.jp/newskek/2004/mayjun/k2k-4.html
http://www.kek.jp/newskek/2004/sepoct/doublebeta1.html
http://ww3.tiki.ne.jp/~tno2/profile/quantm10.htm
（ここの２１、２２）
http://leo.aichi-u.ac.jp/~bando/research/sa_a_index.html
（ここの（３），（４））