Prueba de las desigualdades de Leggett-Garg en oscilaciones de sabor y espín de neutrinos en un campo magnético constante

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

The Leggett-Garg (LG) inequalities, derived under the notion of macroscopic realism (MR), are a temporal analogue of the Bell inequalities and arise from our intuitions about the behavior of classical systems. Here, these inequalities are applied in the context of neutrinos in magnetic fields, which represents a suitable setup for studying aspects of quantum mechanics in the case of relativistic elementary particles. In this work, the assumptions of MR were reviewed and, as consequences of these assumptions, the LG inequalities were derived. Two simple examples were discussed: the coin as a classical object and the qubit. The Dirac equation was solved for neutrinos in the presence of a constant magnetic field, which allowed obtaining the transition probabilities for both flavor and spin oscillations. With these probabilities, the temporal correlations needed to evaluate the LG inequalities were calculated. The results show that these inequalities are violated in both types of oscillations when the electromagnetic properties of the neutrino are considered, with the flavor oscillation showing, for certain regions of the distance between measurements, a less pronounced violation in the magnetic field scenario compared to the vacuum case. For spin oscillation, it was determined that the violation is higher in the case where the neutrino mass-squared difference is considered null.

Descripción

Las desigualdades de Leggett-Garg (LG), derivadas bajo la noción de realismo macroscópico (RM), son un análogo temporal de las desigualdades de Bell, y surgen a partir de nuestras intuiciones sobre el comportamiento de sistemas clásicos. Aquí, estas desigualdades se aplican en el contexto de los neutrinos en campos magnéticos, lo cual representa una buena configuración para estudiar los aspectos de la mecánica cuántica en el caso de partículas elementales relativistas. En este trabajo se hizo una revisión de los supuestos del RM y, como consecuencias de estos supuestos, se derivaron las desigualdades de LG. Se discutieron dos ejemplos sencillos: la moneda como objeto clásico y el qubit. Se resolvió la ecuación de Dirac para neutrinos en presencia de un campo magnético constante, lo cual permitió obtener las probabilidades tanto para oscilaciones de sabor como de espín. Con estas probabilidades se calcularon las correlaciones temporales necesarias para evaluar las desigualdades de LG. Los resultados muestran que dichas desigualdades se violan en ambos tipos de oscilación cuando se consideran las propiedades electromagnéticas del neutrino, siendo que, para la oscilación de sabor, para algunas regiones de la distancia entre mediciones, la violación es menos pronunciada en el escenario donde se tiene un campo magnético que el caso del vacío. Para la oscilación de espín se determinó que la violación es más elevada en el caso en el que se considera nula la diferencia al cuadrado de la masa de los neutrinos.

Palabras clave

Desigualdades de Leggett-Garg, Realismo macroscópico, Neutrinos, Campos magnéticos, Mecánica cuántica, Oscilaciones de sabor, Oscilaciones de espín, Correlaciones temporales, Violación de desigualdades

Materias

Licenciatura en Física -- Tesis y disertaciones académicas , Neutrinos , Teoría cuántica , Interacciones electromagnéticas

Citación