중성미자와 광자의 경계에서의 마법 전이복사

많은 천체물리학적 환경에서 중성미자는 매질 내에서 흡수, 방출 또는 산란됩니다. 이러한 과정은 자기장 존재나 두 매질의 경계면에서 발생할 수 있습니다.

매질이 존재하면 중성미자는 중간 전하 입자를 통해 광자와 효과적으로 상호작용하게 됩니다. 한 매질에서 다른 매질로 방향에 따라 번역 불변성이 위반되면서 같은 방향으로 운동량이 보존되지 않게 되어 전이 복사가 허용됩니다.

전이 복사에 대한 전하 입자의 이론은 2, 3번 논문에서 개발되었습니다. 해당 논문들은 고전 역학 이론을 사용하여 현상을 설명했습니다. 4번 논문에서는 양자장 이론을 사용하여 중성미자 전이 복사를 기술했습니다. 중성미자는 매우 작은 질량을 가지므로, 전이 복사 연구를 위해서는 양자장 이론 접근 방식이 필수적입니다.

자기장이 존재하면 중성미자와 광자의 효과적인 상호작용이 유도됩니다. 자기장에서의 체렌코프 감쇠는 5번 논문에서 계산되었습니다.

두 매질의 경계면, 즉 굴절률이 다른 두 매질 간의 인터페이스에서는 6번 논문에서 중성미자-광자 전이 복사(ν → νγ)를 연구했습니다. 이 연구는 큰 (중성미자) 자기 모멘트를 가정하여 수행되었습니다. 현재 우리는 표준 모델의 결합을 가진 중성미자에 대한 전이 복사 연구를 이전 연구로 확장하고 있습니다. 매질은 광자의 산란 관계를 변화시키며, 또한 표준 모델의 중성미자 결합을 통해 배경 전자에 대한 효과적인 ν-γ 꼭짓점을 유도합니다. 우리는 중성미자 질량과 매질 유도된 중성미자 산란 관계의 변화를 무시합니다. 이는 이러한 요소들이 미미하기 때문입니다. 따라서 우리는 표준 입자 물리학 모델 내에서 전이 복사 연구를 수행합니다.

상세한 문헌 조사에 따르면, 중성미자 전이 복사는 7번 논문에서 이전에 연구되었습니다. 그들은 진공 유도 ν-γ 꼭짓점 (“중성미자 토로이드 모멘트”)을 사용하여 ν → νγ 매트릭스 요소를 처리했습니다. 우리는 그들의 과정에 동의하지 않습니다. 매질 자체가 ν-γ 꼭짓점을 유도합니다. 진공 유도된 꼭짓점은 매질 유도된 꼭짓점의 방사 교정이라고 볼 수 있습니다. 우리는 7번 논문의 전이 복사율 결과가 우리 결과보다 약 3개 질량 순위, (8απ)² 더 작다는 것을 발견했습니다.

두 매질의 굴절률이 n1과 n2인 인터페이스를 통과하는 중성미자를 고려해 봅시다(그림 1 참조). 전이 복사 과정 ν → νγ의 확률은 다음과 같이 매트릭스 요소 M에 따라 주어집니다:

여기서 p = (E, p), p’ = (E’, p’), k = (ω, k)는 각각 입사 중성미자, 출사 중성미자, 광자의 4차원 운동량이며, βz = pz / E입니다. 합은 광자 편광에 대해 수행됩니다.

우리는 중성미자 질량과 전진 산란에 의한 중성미자 산란 관계의 변화를 무시합니다. 따라서 중성미자 산란 관계가 정확히 빛과 같은 것을 가정하여 p2 = 0, E = |p|로 설정합니다.

매질의 형성 구역 길이는 다음과 같이 계산됩니다:

eq. (1)의 z에 대한 적분은 형성 구역 길이를 넘어서는 진동성을 가집니다. 따라서 형성 구역 길이 이상의 깊이에서 기인하는 과정 기여도는 무시할 수 있습니다.

z 운동량(pz - p’z - kz)은 중성미자에서 매질로 전달됩니다. 광자의 전파는 매질 내에서 감쇠되므로, 형성 구역 길이는 후자가 더 짧을 경우 제한되어야 합니다.

p’와 z에 대한 (1)의 적분 후 다음과 같은 결과를 얻습니다:

여기서 β’z = p’z / E’, θ는 방출된 광자와 입사 중성미자 사이의 각도입니다. M(1,2)는 각 매질에서 ν → νγ의 매트릭스 요소입니다. k

…(본문이 길어 생략되었습니다. 전체 내용은 원문 PDF를 참고하세요.)…