Coherent neutrino scattering—Relativistic and nonrelativistic

Summary

Coherent detection techniques are being studied both for relativistic neutrinos (e.g. MeV-range solar, orm _υ < 10⁻⁴ eV «relic» neutrinos) and for nonrelativistic neutrinos (e.g. 1 eV <m _υ < 10² eV, galactic neutrinos). In this paper the principal differences between the two cases are examined, in particular the magnitude and angular variation of the coherent-scattering amplitude, and its dependence on the mass and spin of the incident neutrinos. Coherent scattering both from individual nuclei and from bulk matter is discussed, and for the latter the standard nonrelativistic relation between reflection coefficient and refractive index is re-examined and extended to cover both relativistic neutrinos and targets of spatially varying density.

Riassunto

Si studiano tecniche coerenti di rivelazione sia per neutrini relativistici (per esempio neutrini solari nell’intervallo dei MeV, neutrini relitto conm _υ<10⁻⁴ eV) che per neutrini non relativistici (per esempio neutrini galattici con 1 eV<m _υ<10² eV). In questo lavoro si esaminano le differenze principali tra i due casi, in particolare l’ampiezza e la variazione angolare dell’ampiezza di scattering coerente e la sua dipendenza dalla massa e dallo spin del neutrino incidente. Si discute lo scattering coerente dai nuclei singoli e dalla materia di massa, e per quest’ultima si riesamina e si estende la relazione standard non relativistica tra il coefficiente di riflessione e l’indice di rifrazione per includere anche i neutrini relativistici e i bersagli con densità spaziale variabile.

Резюме

Исследуется техника когерентного детектирования дли сяучая релятивистских нейтрино (солнечные нейтрино в МэВ-ной области илиm _υ<10⁻⁴ эВ «реликтовые» нейтрино) и для случая нерелятивистских неютрино (1 эВ<m _υ<10² эВ, галактические нейтрино). В этой статье исследуются принципиальные различия между двумя случаями, в частности, изменения амплитуды когерентного рассеяния по величине и углу, а также зависимость амплитуды от массы и спина падающих нейтрино. Обсуждается когерентное рассеяние на отдельных ядрах и на объеме вешества. В последнем случае заново исследуется стандартное нерелятивистское соотношение между коэффициентом отражения и показателем преломления. Это соотнощение обобшается на случай релятивистских нейтрино и случай мишеней с пространственно изменяюшейся плотностью.