De auteurs van een studie gepubliceerd in Fysieke beoordeling D hebben aangetoond dat coherente neutrinoverstrooiing met kernen een nieuwe manier biedt om de neutrino-ladingsstralen te meten. Deze interactie werd meer dan 40 jaar geleden theoretisch voorspeld, maar de moeilijkheid om de zeer kleine nucleaire terugslag te meten, remde de experimentele waarneming tot 2017 door het COHERENT-experiment.

Met behulp van de COHERENTE gegevens, de auteurs van dit artikel waren in staat om grenzen te stellen aan de neutrino-ladingsstralen, en, Voor de eerste keer, grenzen op de neutrino-overgangsladingsstralen, die grootheden zijn buiten het standaardmodel van de deeltjesfysica.

Neutrino's worden algemeen beschouwd als neutrale deeltjes, maar in werkelijkheid, ze kunnen een zeer kleine elektrische lading hebben, en het is zeer waarschijnlijk dat ze ladingsstralen hebben. Inderdaad, in het standaardmodel, neutrino's hebben zeer kleine ladingsstralen in de orde van 10 ⁻³³ vierkante centimeter.

Tot nu, de neutrino-ladingsstralen zijn doorzocht in elastische neutrino-elektronenverstrooiingsexperimenten. Voor kleine energieoverdracht, zowel de standaardmodeldwarsdoorsnede als het effect van de neutrino-ladingsstralen bij elastische neutrino-elektronenverstrooiing blijken kleiner te zijn met een factor in de orde van de kernmassa gedeeld door de elektronenmassa bij coherente elastische neutrinokernverstrooiing. Daarom, op het gebied van gegevensverzameling, coherente elastische neutrino-kernverstrooiingsexperimenten hebben een groter potentieel voor het onderzoeken van de neutrino-ladingsstralen dan metingen van neutrino-elektronenverstrooiing.

In de fundamentele theorie van elektromagnetische neutrino-interacties, de neutrino-ladingsstralen zijn gedefinieerd voor massieve neutrino's. Echter, de effecten van neutrino-oscillaties kunnen worden verwaarloosd voor experimenten met een korte afstand tussen de neutrinobron en de detector, zoals in de opzet van het COHERENT-experiment. In dit geval, de effectieve ladingsstraal van een smaakneutrino is relevant, waar "smaak" elektron betekent, muon- of tau-neutrino's. Aangezien in de ultra-relativistische limiet, de ladingsvormfactor behoudt de neutrino-helicity als het standaardmodel voor zwakke interacties, de bijdrage van de neutrino-ladingsstraal aan de elastische verstrooiing van neutrino's met een geladen deeltje voegt coherent toe aan het standaardmodel zwakke interacties en kan worden uitgedrukt door de verschuiving in de zwakke menghoek, ook wel de Weinberghoek genoemd.

Dit voorschrift houdt rekening met de bijdragen aan neutrino-interacties van de ladingsstralen van de drie smaakneutrino's. Dit zijn de enige ladingsstralen die in het standaardmodel bestaan, omdat de generatie leptongetallen behouden blijven. Echter, in theorieën die verder gaan dan het standaardmodel, neutrino's kunnen overgangsladingsstralen hebben die de neutrino-smaak veranderen. Bijvoorbeeld, in massale neutrino-theorieën, de ladingsstralen zijn gedefinieerd in de massabasis van de zich fysiek voortplantende neutrino's, zodat zelfs als de matrix van de neutrino-ladingsstralen diagonaal is in de massabasis, overgangsladingsstralen worden gegenereerd door het mengen, een kwantummechanisch fenomeen dat impliceert dat een neutrino gecreëerd met een specifiek lepton-familienummer later kan worden gemeten om een ​​ander lepton-familienummer te hebben.

De auteurs verkregen limieten voor de diagonale ladingsstralen en voor de overgangsladingsstralen uit analyses van het tijdgeïntegreerde COHERENT-energiespectrum en de tijdsafhankelijke COHERENT-gegevens, rekening houdend met de onzekerheid van de neutronenverdelingen in cesium en jodium (het doelmateriaal van het experiment), geparametreerd door de overeenkomstige kernwortelgemiddelde vierkantsstralen. De auteurs hebben aangetoond dat de tijdinformatie van de COHERENT-gegevens het toegestane bereik van de ladingsstralen beperkt, vooral die van muonneutrino's die in het bereik −8×10 . bleken te liggen ⁻³² tot 11×10 ⁻³² vierkante centimeter met een betrouwbaarheidsniveau van 90 procent.

Deze resultaten laten veelbelovende vooruitzichten zien voor huidige en toekomstige experimenten met neutrino-nucleusverstrooiing.