نقد و بررسی سازگاری نوسان نوترینو با مفاهیم بنیادی مکانیک کوانتومی

در مدل استاندارد ذرات بنیادی، سه نوع و یا به بیان مرسوم تر سه طعم لپتون‎ باردار‎ وجود دارند که جرم مشخص دارند و یا به ‎‎عبارت دیگر ویژه حالت ماتریس جرم نیز هستند. هر یک از این لپتون ها با نوترینویی‎‎ جفت می شود که ویژه حالت طعم است. در این مدل، نوترینوها ذراتی بدون جرم هستند، این درحالی است که مشاهدات مربوط به نوترینوهای خورشیدی و اتمسفری، و نوترینوهای ساطع شده از رآکتورهای هسته ای، نشان دهنده ی ناسازگاری هایی با مدل استاندارد می باشد. این ناسازگاری ها با پدیده ی نوسان نوترینو که بر پایه ی جرم غیرصفر نوترینوها استوار است، توضیح داده می شوند: ویژه حالت های طعم نوترینو لزوماً جرم مشخصی ندارند و لذا به صورت یک ترکیب خطی از ویژه حالت های جرم نوشته می‎ شوند. نوترینو در یک ویژه حالت طعم معلوم (در یک ترکیب خطی مشخص از ویژه حالت های جرم) پس از تولید در منبع، با گذشت زمان و طی کردن مسیر، تحول زمانی یافته و به صورت ترکیب دیگری از ویژه حالت های جرم مختلف نوترینو مشاهده می شود. احتمال گذار از ویژه حالت طعم اولیه ی نوترینو به دیگر ویژه حالت های طعم در طول انتشار نوترینو، برحسب زمان سینوسی است، به همین جهت این پدیده را نوسان‎‎ می‎ نامند. ‎با گذشت ‎50‎ سال از ایده ی نوسان نوترینو و تأیید تجربی آن طی ‎10‎ سال گذشته، هنوز موضوعات اساسی زیر در حال بحث است‎: 1) فرض اینکه ویژه حالت های جرم ایجادکننده ی ویژه حالت طعم نوترینو دارای مقادیر انرژی و تکانه ی یکسانی باشند، (که فرض نادرستی به نظر می رسد) به نتایج صحیحی برای نوسان نوترینو منجر می شود، چرا؟ ‎2) نقش روابط عدم قطعیت در نوسان نوترینو چیست؟ ‎3) وابستگی شرایط همدوسی مراحل تولید، انتشار و آشکارسازی نوترینو، (که تضمین کننده ی مشاهده ی نوسان نوترینو است)، به عدم قطعیت های تکانه و انرژی چیست؟ ‎4) آیا واقعاً بسته های موج برای یک توصیف سازگار نوسانات نوترینو لازم است؟ ‎5) چه عاملی اندازه ی بسته ی موج نوترینو را تعیین می کند؟ ‎6) در چه شرایطی تقریب ساکن بودن منبع معتبر است؟ ‎7) آیا نوسان لپتون های باردار امکان پذیر است؟ ‎علی رغم وجود سوال های ذکرشده در بحث نوسان نوترینو، و یادآوری این مطلب که تا به الآن به بعضی از این سوال ها پاسخ هایی داده شده و بعضی همچنان در حال بحث و بررسی است، حتی برای فرمول بندی نوسان نوترینو توافق کاملی بین نویسنده های مختلف وجود ندارد‎. فصل اول این پایان نامه را با توضیح مختصری از خواص نوترینوها در چارچوب مدل استاندارد ذرات بنیادی شروع کرده و در ادامه به منابع مختلف تولید نوترینو و روش های آشکارسازی آنها اشاره می کنیم و به طور مختصر درباره ی تاریخچه ی نوترینو و مشاهداتی که منجر به ارائه ی نظریه ی نوسان نوترینو شد، بحث می کنیم. در فصل دوم تعدادی از ‎‎تناقض ها و موضوعات پیش روی نظریه ی نوسان نوترینو را بررسی کرده و سعی در روشن تر کردن این مسائل خواهیم داشت. در فصل سوم به عنوان یکی دیگر از موضوعات مهم، به بررسی اینکه چرا لپتون های باردار همانند نوترینوها نوسان نمی کنند، می پردازیم. در فصل چهارم پایان نامه به نگارش یافته های پژوهشی خود در راستای پاسخ به سوال مبحث فصل سوم پرداخته ایم. در این فصل انتشار و خواص همدوسی الکترون و میون‎ ناشی از واپاشی پایون و بوزون-‎w‎ را در چارچوب مکانیک بوهمی و با ارائه ی مسیرهای بوهمی برای این ذرات بررسی کرده و سازگاری نتایج حاصل از این پژوهش را با مکانیک کوانتومی استاندارد آزموده ایم.