論文の概要: Direct Experimental Constraints on the Spatial Extent of a Neutrino Wavepacket
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.03102v1
- Date: Wed, 3 Apr 2024 23:02:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-05 16:12:59.516075
- Title: Direct Experimental Constraints on the Spatial Extent of a Neutrino Wavepacket
- Title（参考訳）: ニュートリノ・ウェーブパレットの空間的極性に関する直接実験的制約
- Authors: Joseph Smolsky, Kyle G Leach, Ryan Abells, Pedro Amaro, Adrien Andoche, Keith Borbridge, Connor Bray, Robin Cantor, David Diercks, Spencer Fretwell, Stephan Friedrich, Abigail Gillespie, Mauro Guerra, Ad Hall, Cameron N Harris, Jackson T Harris, Calvin Hinkle, Amii Lamm, Leendert M Hayen, Paul-Antoine Hervieux, Geon-Bo Kim, Inwook Kim, Annika Lennarz, Vincenzo Lordi, Jorge Machado, Andrew Marino, David McKeen, Xavier Mougeot, Francisco Ponce, Chris Ruiz, Amit Samanta, José Paulo Santos, Caitlyn Stone-Whitehead, John Taylor, Joseph Templet, Sriteja Upadhyayula, Louis Wagner, William K Warburton,
- Abstract要約: ニュートリノは 自然の素粒子として 理解されていない
弱い核崩壊では、ニュートリノの波束である$sigma_nu,x$は、生産時の親の空間波動関数と関連している。
我々は、新しい実験的な概念を通じて、この量の最初の直接的な限界を提示する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4303687694525454
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Despite their high relative abundance in our Universe, neutrinos are the least understood fundamental particles of nature. They also provide a unique system to study quantum coherence in fundamental systems due to their extremely weak interaction probabilities. The quantum properties of neutrinos emitted in experimentally relevant sources are virtually unknown and theoretical predictions for the spatial width of neutrino wavepackets vary by many orders of magnitude. In weak nuclear decay, the size of a neutrino wavepacket, $\sigma_{\nu,x}$, is related to the spatial wavefunction of its parent at production. Here, we present the first direct limits of this quantity through a new experimental concept to extract the energy width, $\sigma_{\textrm{N},E}$, of the recoil daughter nucleus emitted in the nuclear electron capture (EC) decay of $^7$Be. The final state in the EC decay process contains a recoiling $^7$Li nucleus and an electron neutrino ($\nu_e$) which are entangled at their creation. The $^7$Li energy spectrum is measured to high precision by directly embedding $^7$Be radioisotopes into a high resolution superconducting tunnel junction that is operated as a cryogenic charge sensitive detector. The lower limit on the spatial coherence of the recoil daughter was found to be $\sigma_{\textrm{N}, x} \geq 6.2$ pm, which implies the system remains in a spatially coherent state much larger than the nuclear scale. Further, this implies a lower limit on the size of a neutrino wavepacket, $\sigma_{\nu,x} \geq 35$ nm, which is more than five orders of magnitude more stringent than the limits from all combined reactor oscillation experiments. These results have wide-reaching implications in several areas including quantum coherence, the nature of spatial localization at sub-atomic scales, interpretation of neutrino physics data, and the potential reach of future large-scale experiments.
- Abstract（参考訳）: ニュートリノは宇宙の相対的な存在量が高いにもかかわらず、自然界の基本的な粒子としては最も理解されていない。
また、非常に弱い相互作用確率のため、基本系の量子コヒーレンスを研究するためのユニークなシステムも提供する。
実験関連源で放出されるニュートリノの量子的性質は事実上不明であり、ニュートリノ波束の空間幅に関する理論的予測は桁違いに変化する。
弱い核崩壊では、ニュートリノの波束である$\sigma_{\nu,x}$は、生産時の親の空間的波動関数と関連している。
ここでは、核電子捕獲(EC)崩壊時に放出される反核子核のエネルギー幅$\sigma_{\textrm{N},E}$を抽出する新しい実験的概念により、この量の最初の直接的限界を提示する。
EC崩壊過程の最終状態は、再沸騰する$^7$Li核と電子ニュートリノ(\nu_e$)を含む。
^7$Liエネルギースペクトルは、低温電荷感受性検出器として動作する高分解能超伝導トンネル接合部に、$^7$Be放射性同位体を直接埋め込むことにより、高精度に測定される。
リコイル娘の空間コヒーレンスの限界は$\sigma_{\textrm{N}, x} \geq 6.2$ pmであり、これは核スケールよりも空間コヒーレントな状態のままであることを意味する。
さらに、これはニュートリノ・ウェーブパケットのサイズに対する低い制限である$\sigma_{\nu,x} \geq 35$ nmであり、これらは結合された全ての反応器振動実験の限界よりも5桁以上の拘束力を持つ。
これらの結果は、量子コヒーレンス、サブ原子スケールでの空間的局在化の性質、ニュートリノ物理データの解釈、そして将来の大規模実験の潜在的な到達度など、いくつかの領域において幅広い意味を持つ。
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