5.8 נייטרינו

דף הבית ／ פרק 5: חלקיקים מיקרוסקופיים

בתמונת ה״סיבי־אנרגיה—ים־האנרגיה״ הנייטרינו הוא מבנה ארוג מזערי מאוד, יציב מעצמו ונייטרלי חשמלית, בעל כּיראליות בולטת. הוא שייך לאותה משפחת ״סגור—נעול־פאזה״ כמו האלקטרון, הפרוטון והנייטרון, אך בוחר בקנה המידה הקטן ביותר, באגן־מסה רדוד מאוד, ובכמעט־ביטול מוחלט של עקבות חשמליות בשדה הקרוב. בליבו מצוי תת־טבעת סגורה דקיקה במיוחד או רצועת־פאזה טבעתית שקולה. החתך ההליקלי כמעט מאוזן בין פנים לחוץ, ולכן השדה הקרוב אינו נושא טקסטורה רדיאלית נטו והחזות נותרת ניטרלית. חזית־הפאזה רצה חד־כיוונית סביב הטבעת בנעילת־פאזה ושומרת על הכּיראליות לאורך ההפצה. אגן־המסה רדוד מאוד אך די בו כדי שכמה מצבי־נעילה יתערבבו ויולידו תנודות־טעם. הסידור להלן: מדריך לקורא—תצורה—התאמה—אפשרות־בדיקה. באזכור הראשון נשתמש בשם תורת סיבי האנרגיה ולאחר מכן בשם המלא בלבד.

מדריך לקורא: מתיחויות בתיאור הזרם המרכזי

• מדוע הכּיראליות ״בוחרת צד״
  נייטרינו שמאלי ואנטי־נייטרינו ימני. הכללים ידועים, עם זאת חסרה לעיתים תמונה גאומטרית פשוטה של האופן שבו הדבר נראה.
• כמעט אין עקבה אלקטרומגנטית
  ניטרליות, מומנט דיפול חשמלי קרוב לאפס ומומנט מגנטי זעיר מאוד. כיצד מאחדים את כל ה״כמעט אין״ הללו לדימוי אחד עקבי.
• אי־התאמה בין טעם למסה
  תנודות נוצרות משום שמצבי־הטעם שונים ממצבי־המסה. כיצד הופכים זאת לאינטואיטיבי.
• מסה מוחלטת וסדר־מסות לא מוכרעים
  נמדדו הפרשים וזוויות־ערבוב, אולם עדיין חסרה אינטואיציה חומרית לשאלה מדוע הערכים כה קטנים ומדוע הסדר דווקא כך.

אנו מוסיפים אינטואיציה גאומטרית מבלי לשנות ערכים מספריים מקובלים.

I. כיצד נייטרינו ״נקשר״: סגירה מזערית עם נעילת־פאזה חזקה

• התמונה הבסיסית
  רצועת־פאזה סגורה נוצרת כאשר מסדרון־פאזה דקיק מאוד מורם מתוך ים־האנרגיה ונסגר לטבעת. בשונה מטבעת־סיב בעלת ליבה חומרית, לרצועה זו אין ליבת־סיב. החתך ההליקלי כמעט מאוזן בין פנים לחוץ, ולכן בשדה הקרוב אין טקסטורה רדיאלית נטו והחזות ניטרלית. חזית־הפאזה רצה חד־כיוונית סביב הטבעת ומגדירה את הכּיראליות. המבנה כולו עשוי לפרצס או לרעוד בעדינות, אך לאחר מיצוע בזמן השדה הרחוק נותר איזוטרופי.
• מקור הטעמים ומצבי־הנעילה
  קיימים כמה תת־מצבים כמעט מנוונים, שכל אחד מהם תואם ״סגנון־מסה״ רדוד מאוד. בפסגת האינטראקציה החלשה בצימוד ללפטון טעון המערכת בוחרת בסיס־טעם. בהפצה חופשית חזית־הפאזה גולשת בין המצבים בשוני זעיר של מהירויות־פאזה ויוצרת פולסי־פעימה הניכרים כתנודות־טעם.
• השוני מן האלקטרון
  האלקטרון הוא טבעת־סיב יחידה בעלת ליבה ממשית; חתך ״חזק בפנים—חלש בחוץ״ חורט טקסטורה רדיאלית פנימה בשדה הקרוב ומקנה חזות של מטען שלילי, וזרם־טבעת סגור יוצר ספין ומומנט מגנטי. הנייטרינו הוא רצועת־פאזה חסרת־ליבה; החתך כמעט מאוזן, ללא טקסטורה רדיאלית נטו והחזות ניטרלית, והוא מפגין כּיראליות דרך אצירה טבעתית בנעילת־פאזה ולא באמצעות סיבוב קשיח. לסיכום קצר: אלקטרון — טבעת־סיב טעונה; נייטרינו — רצועת־פאזה ניטרלית בעלת כּיראליות חזקה.

II. הופעת המסה: אגן סימטרי רדוד במיוחד

• תבליט המתח
  הנייטרינו דוחס בים־האנרגיה אגן סימטרי רדוד ביותר שכמעט אין לו שפה. בכך מוסברים אִנֶּרְצְיָה קטנה אך לא אפסית והכוונה חלשה.
• מדוע הוא יציב
  אף שהאגן רדוד, המקצב הטבעתי החד־כיווני של הפאזה מספק שלד נושא־עצמו המונע התפרקות מיידית ברעש. גלישה זולה בין מצבים מספקת במה פיזיקלית לתנודות־טעם.

III. הופעת המטען: ביטול בשדה הקרוב, אפס בשדה הרחוק

• השדה הקרוב
  איזון פנים–חוץ בחתך משמעו אין טקסטורה רדיאלית נטו; לכן אין אות אלקטרומגנטי חזק סמוך למקור.
• תנועה ועקבה מגנטית
  מומנט מגנטי פנימי, אם קיים, נובע רק מסירקולציות טבעתיות שקולות מדרגה שנייה חלשות מאוד. ערכו חייב להיות מתחת לגבולות הניסויים העדכניים.
• מומנט דיפול חשמלי
  בתווך אחיד הוא כמעט אפס. אם מדרון מתח נשלט יגרום לתגובה, עליה להיות זעירה, ליניארית והפיכה.

IV. ספין, כּיראליות וחלקיק־נגד

• חזות של ספין חצי
  אצירה טבעתית חד־כיוונית בנעילת־פאזה משחזרת את סימן הספין חצי.
• בחירת הכּיראליות
  בגבול אנרגיה גבוהה ואולטרה־יחסותי מצב ההפצה משמר את הכּיראליות ההתחלתית. נייטרינו שמאלי ואנטי־נייטרינו ימני, בהתאמה לכללים המקובלים.
• דיראק או מייג׳ורנה
  גאומטריית הכּיראליות נובעת מן ריצת חזית־הפאזה המכוונת. ההכרעה האם הנייטרינו מטיפוס דיראק או מייג׳ורנה נתונה לניסוי, והתמונה מאפשרת את שני הקריאות.

V. שלוש פרספקטיבות חופפות: טורוס דקיק מאוד, ״כרית״ כמעט נעדרת, אגן רדוד מאוד

• מטווח קצר — טבעת ראשית דקיקה מאוד
  נראית טבעת יחידה דקיקה מאוד עם חזית־פאזה ברורה. אין חצי־חיצים רדיאליים משום ביטול חשמלי.
• מטווח בינוני — ״כרית״ כמעט איננה
  תחום המעבר צר מאוד. מיצוע בזמן מיישר במהירות טקסטורה עדינה של השדה הקרוב.
• מטווח רחוק — אגן רדוד מאוד
  הכוונה חלשה ואיזוטרופית. שפת האגן בקושי נראית.

VI. קנה מידה ונצפות: צימוד חלש, חדירות גבוהה, מחווני־צד

• דימות ישיר קשה
  הליבה מזערית והאותות חלשים מאוד. רוב המידע נובע מאנרגיה חסרה, ספקטרום־זמנים ומתאמי־כיוון.
• תנודות־טעם
  בסיסי־מדידה ארוכים והשוואות במספר רמות־אנרגיה מגלים החלפה מחזורית של טעם. תווך עשוי להסיט את גלישת־הפאזה, בהתאם להשפעת־תווך המוכרת.
• עקבה מגנטית ומומנט דיפול חשמלי
  אם קיימים, הם נותרים מתחת לגבולות העכשוויים ומופיעים רק כהטיות מיקרוסקופיות הפיכות בתנאים נשלטים בקפדנות.

VII. הולדה והמרה: צימוד בפסגה ושינוי־משקלים בין מצבים

• הולדה
  בפסגת האינטראקציה החלשה צימוד ללפטון טעון קובע את בסיס־הטעם. לאחר מכן, בהפצה חופשית, מופיעים פולסי־פעימה בין מצבי־הנעילה.
• המרה
  בתווך או בסביבה מדורגת משקלי־המצבים מופצים מחדש, והדבר משנה הסתברויות טעם בהתאם לתנודות מושרות־תווך.

VIII. התאמה לתורה בת־זמננו

1. נקודות חפיפה
   • ניטרליות בשדה קרוב, בינוני ורחוק.
   • ספין חצי ובחירת כּיראליות בין נייטרינו לאנטי־נייטרינו כמקובל בתצפיות.
   • תנודות־טעם משום שמצבי־טעם שונים ממצבי־מסה.
2. מה מוסיף ״שכבת־חומר״
   • מקור גאומטרי לכּיראליות דרך אצירה טבעתית חד־כיוונית בנעילת־פאזה ללא דימוי של כדור קשיח מסתובב.
   • המחשה של אי־התאמת טעם–מסה באמצעות קריאת תערובת פונתקורבו–מאקי–נאקאגאווה–סאקאטה כגלישת־פאזה בין מצבים טבעתיים כמעט מנוונים היוצרים פעימות בדרך.
   • נימוק מאחד לעקבות אלקטרומגנטיות חלשות מאוד בעקבות ביטול השדה הקרוב יחד עם אגן רדוד מאוד, המסבירים את הקושי בזיהוי מבלי לצמצם את הנייטרינו ל״אין־דבר״.
3. עקיבות ותנאי שפה
   • אלקטרומגנטיות
     מטען נטו אפס. מומנט דיפול חשמלי בתווך אחיד קרוב לאפס. מומנט מגנטי, אם קיים, מתחת לגבולות העליונים העכשוויים. כל הטיית־סביבה חייבת להיות הפיכה, ניתנת לשחזור וברת־כיול.
   • תנודות
     תדירות־בסיס ופאזה נקבעות בידי פערי מהירויות־פאזה בין מצבים ובידי משקלי־ערבוב. ערכים מספריים נלקחים מן ההתאמות המקובלות. התמונה כאן מספקת אינטואיציה ולא פרמטרים חדשים.
   • גבול אנרגיה גבוהה וזמן קצר
     בערכי Q² גבוהים או בחלונות־שדה חזקים וקצרים התיאור מצטמצם לדימוי של אינטראקציה חלשה ותיאור חלקיקים יסודיים, ללא דפוסי־זווית חדשים וללא סולמות־מבנה נוספים.
   • ספקטרוסקופיה וחוקי שימור
     נשמרים אנרגיה, תנע, תנע זוויתי וכן מספרי לפטונים ומשפחות במקום שבו יש לכך תחולה. אין השפעה הקודמת לסיבה ואין פריצה דינמית בלתי נשלטת.

IX. קריאת נתונים: מישור־תמונה, זמן וספקטרום־אנרגיה

• מישור־תמונה
  התפלגויות זווית של תפוקה רב־ערוצית ואנרגיה חסרה מתאימות להכוונה חלשה ואיזוטרופית של אגן רדוד מאוד.
• זמן ומרחק
  אנרגיות שונות ובסיסי־מדידה שונים מגלים מקצבי־פעימה בהחלפת טעם. התווך מכוון פאזה וערבוב אפקטיבי.
• ספקטרום
  לאורך בסיסים ארוכים ובתווך שכבתי מופיעים אזורי הסתברות גבוהה ונמוכה כפונקציה של אנרגיה. אלו דפוסי התאבכות הנובעים מפערי מהירויות־פאזה בין מצבים.

X. תחזיות ובדיקות זהירות אך ישימות

• פעימות מכוונות־תווך
  בערוצים בעלי מדרונות צפיפות ידועים פאסת המרת הטעם נעה באופן צפוי לפי האינטגרל לאורך המסלול. הדבר תואם השפעות־תווך תקניות ומספק סרגל גאומטרי לקריאת דיאגרמות.
• מדידת גבולות־על להטיות אלקטרומגנטיות חלשות מאוד
  שימוש בסביבות מדורגות מבוקרות בקפדנות מגנטיות או שקולות־כבידה יחד עם נוהל הפעלה–כיבוי ומדידת־חזרה מאפשר לזהות סטיות קוויות זעירות והפיכות. גם תוצאה שלילית מחזקת את התמונה של אגן רדוד מאוד וביטול.
• חוסן טופולוגי
  אם נעילת־פאזה חד־כיוונית תופרע, על פאסת־הטעם לאבד־קוהרנטיות. זהו אות שלילי שימושי לניסויי בסיס־מדידה ארוך.

XI. תמונה מאוחדת אחת: גם ״קשה לראות״ הוא מבנה

נייטרינו איננו אין־דבר. הוא רצועת־פאזה טבעתית, מזערית אך ממושטרת. ביטול חשמלי מסיר את חזות המטען בשדה הקרוב. אגן רדוד מאוד הופך אותו קל וקשה להפרעה. אצירה טבעתית חד־כיוונית בנעילת־פאזה מעניקה כּיראליות חדה. מצבי־נעילה כמעט מנוונים מולידים תנודות־טעם לאורך הדרך. כך מתקבצות במטבע אחד התכונות חלש—קל—קשה לזיהוי, על קנבס יחיד של סיבי־אנרגיה—ים־אנרגיה, והן תואמות נקודה־לנקודה את ממצאי הזרם המרכזי.

XII. תרשימים והבהרות

• הגוף ורוחב רצועת־הפאזה
  רצועת־פאזה סגורה דקיקה מאוד שבה הפאזה נעולה לאורך מסלול סגור בים־האנרגיה. שתי קווי־גבול קרובים מסמנים את רוחב הרצועה. אין כאן ליבת־סיב חומרית ואין ״טבעת עבה״.
• סירקולציה טבעתית שקולה ושטף אנולרי
  עקבות אלקטרומגנטיות, אם יופיעו, נובעות מסירקולציות שקולות מדרגה שנייה חלשות מאוד. אין להציג זאת כלולאת־זרם ממשית.
• מונחים
  טבעת־סיב היא טבעת סגורה בעלת ליבת־סיב אנרגטית כגון האלקטרון. רצועת־פאזה היא אזור אנולרי הנוצר מנעילת־פאזה במרחב, ללא ליבת־סיב נפרדת כדרכו של הנייטרינו.
• מקצב־פאזה ולא מסלול־חומר
  חזית־פאזה הליקלית כחולה בין הגבול הפנימי לחיצוני, בהצגה של כ־1.35 סיבובים; החזית חזקה יותר והזנב דועך. זהו סימון לרגע הנוכחי של החזית ולמקור הכּיראליות. ״ריצת רצועת־הפאזה״ פירושה התקדמות חזית־מצב, ולא הובלה של חומר או מידע במהירות גדולה ממהירות האור.
• כּיראליות וחלקיק־נגד
  הכּיראליות נשמרת כקבועה לאורך ההפצה; נייטרינו שמאלי ואנטי־נייטרינו ימני. החצים על החזית מסמנים כיוון בלבד. הן קריאת דיראק והן קריאת מייג׳ורנה אפשריות והתנסות אמפירית תקבע.
• חשמל בשדה הקרוב
  אין לצייר חצים רדיאליים. החתך מאוזן בין פנים לחוץ ולכן אין טקסטורה רדיאלית נטו והשדה הקרוב נראה ניטרלי חשמלית.
• ״כרית״ בשדה הבינוני
  טבעת מנוקדת סמוך לליבה מסמנת החלקה של הטקסטורה העדינה בשדה הקרוב אל שדה בינוני איזוטרופי. ההמחשה משרתת אינטואיציה ואינה משנה פרמטרי תנודות או פרמטרי האינטראקציה החלשה.
• אגן רדוד מאוד בשדה הרחוק
  הצללה קונצנטרית וטבעות שוות־עומק מציגות אגן צירי־סימטרי רדוד מאוד התואם חזות־מסה קטנה מאוד והכוונה חלשה. טבעת־ייחוס דקה מרוחקת משמשת קנה־מידה לרדיוס ולסולם ואינה גבול פיזיקלי. הקריאה נעשית ביחס לטבעת־הייחוס.
• עוגני־קריאה
  חזית־פאזה הליקלית שבפנים. טבעת־ראשית כפולה דקיקה מאוד. טבעת בינונית מנוקדת לכרית מעבר. טבעת־ייחוס דקה מרוחקת עם הצללה קונצנטרית.
• רמזי־שפה
  בגבולות אנרגיה גבוהים או חלונות־זמן קצרים גורם־הצורה מתכנס להתנהגות נקודתית. התמונה אינה טוענת לרדיוס־מבנה חדש. ההמחשה אינה מחליפה מספרים ואינה משנה גבולות־על. מומנט מגנטי ומומנט דיפול חשמלי, אם קיימים, חייבים להישאר מתחת לגבולות העדכניים וכל השפעת־סביבה חייבת להיות הפיכה, ניתנת לשחזור וברת־כיול.