نقض ناوردایی لورنتس در نوسانات نوترینو
چکیده
نوترینو به طرزی غیر عادی وارد علم شد. خواص آن عجیب می نمود و بعید نیست که عمیق ترین اسرار طبیعت به این ذره بستگی داشته باشد. لازم آمد این ذره را کشف کنند تا شالوده ای که بنای فیزیک بر آن استوار است فرو نریزد. یک ربع قرن از این ذره به عنوان موجودی واهی در صفحات کتاب ها و مجلات یاد می کردند. با این که این ذره برای توضیح بسیاری از تبدیل های قابل مشاهده کاملاً لازم بود خود آن مدتها دست نیافتنی باقی ماند تا این که بالاخره در سال 1956 از راه آزمایش کشف شد. تاریخچه دقیق نوترینو و خواص آن به طور مفصل در فصل اول اشاره شده است. بنا به مدل استاندارد ذرات بنیادین، نوترینوها ذراتی بدون جرم هستند. این در حالی است که مشاهده های نوترینوهای خورشیدی و جوی و هم چنین نوترینوهای ساطع شده از نیروگاه های اتمی نشان می دهند که جرم نوترینوها غیر صفر است. نوترینو ها بر اساس ویژه حالت های طعمی آشکارسازی می شوند اما انتشار آن ها بر اساس ویژه حالت های جرمی است. این موضوع سبب ایجاد مدل استاندارد جدیدی شد که در آن نوترینوها ذراتی دارای جرم هستند. در ادامه فصل اول این موضوع را بررسی نموده ایم. نوسان نوترینوها بر پایه ی ویژه حالت های جرمی است. به نوعی نوسان نوترینوها می تواند ثابت کند که این ذرات دارای جرم هستند. نوسان نوترینوها برای سیستم های شامل دو نوترینو و سیستم هایی که حاوی سه نوترینو هستند در فصل دوم محاسبه و بررسی شده است. تقارن لورنتس، ناوردایی قوانین فیزیک از نگاه مشاهده گرهای مختلف است و به نوعی تقارن در فضا و زمان را نشان می دهد. یکی از نتایج تقارن لورنتس آن است که جهان باید ایزوتروپیک باشد. یعنی به هر سو مشاهده کنیم یا به هر طرف حرکت کنیم همه ی اجسام کاملا هم سان به نظر می رسند و به طور مشابه رفتار می کنند. در توصیف ذرات بنیادی و نیروهای میان آن ها تقارن لورنتس یک عنصر کلیدی محسوب می شود. نسبیت عام انیشتین که تاکنون بهترین توصیف برای گرانش محسوب می شود از تقارن لورنتس تبعیت می کند. با این حال آلن کاستلسکی فیزیکدان دانشگاه ایندیانا در سال 1989 طی مقاله ای به تقارن لورنتس حمله می کند و تلاش جدی وی و محققان دیگر جهت نقض آن تاکنون ادامه دارد. در فصل سوم ابتدا تقارن لورنتس و تبدیلات مشهور لورنتس مطرح شده و انگیزه های نقض آن مورد بررسی قرار گرفته اند. نقطه آغازینِ کوشش های محققان در این راستا نظریه ی نسبیت و مدل استاندارد است که به راه های نقض تقارن لورنتس سوق داده شد. نتیجه تلاش محققان ارائه نظریه ای است که به مدل استاندارد بسط یافته یا sme موسوم است. مدل استاندارد بسط یافته با در برداشتن همه ی نیروها و ذراتی که تاکنون شناخته شده و هم چنین بیان چگونگی تعامل این ذرات با میدان های جدید نیرو (که در این مدل معرفی شده) نشان دهنده مجموعه ای از پدیده های ناشناخته ای است که می توانند یک نقض قابل مشاهده از تقارن لورنتس را ارائه دهند. مدل استاندارد بسط یافته در فصل سوم به طور کامل تشریح شده و تلاش های گوناگونی که در قالب ارائه مدل های مختلف مانند دوچرخه و قطاری و سه چرخه انجام شده مطرح و بررسی شده است. در بررسی کلی نقض تقارن لورنتس یکی از روش های پیشنهادی اصلاح تبدیلات لورنتس است. عملکرد ساده ای از این موضوع اصلاح قوانین پاشندگی ذره است. ایده اصلی به چالش کشیدن رابطه ی (e2 = p2 + m2) است که این کار با پیشنهادهای متفاوتی که از انتخاب رابطه ی پاشندگی جدید (اصلاح شده) صورت می پذیرد انجام می شود. در ارتباط با انتخاب اصلاح قوانین پاشندگی بحث های گوناگونی وجود دارد. بسیاری از این انتخاب ها فیزیکی نیستند بالاخص برخی از محاسبات با قوانین پاشندگی اصلاح شده تغییرات آشکاری از خواص را بدست می دهند که در اثبات فیزیکی نقض لورنتس ناتوان هستند. در عین حال بعضی از آن ها بسیار مناسب هستند به گونه ای که به کمک آن ها تحلیل های دقیقی در مورد نوسانات نوترینو می شود. در فصل چهارم مدل های پیشنهادی مختلفی را برای رابطه ی پاشندگی اصلاح شده بررسی نموده ایم. و نهایتاً با معرفی یک مدل جدید نوسانات نوترینوهای جوی را مطالعه نموده ایم. نتایج حاصل از محاسبات ما با نتایج تجربی که در مقاله های متعدد گزارش شده هم خوانی دارد. در پایان پیشنهاد های مختلفی برای پژوهش های بعدی معرفی شده که بررسی آن ها می تواند به نتایج شگرفی منجر شود.