太陽コロナ,電離層,	  Ｇalaxyにおける	  ニュートリノの電弱ホール遷移	  	Kenzo	  Ishikawa	  ,Hokkaido	  University	  Collaborators:	  	   Yutaka	  	  Tobita ,Hokkaido	  U	  References:	  (1)K.Ishikawa	  and	  Y.Tobita,P.T.E.P;073	  (2013)	  B02;	  Annals	  of	  Physics	  ,344	  (2014),	  118-­‐178;Poc.Hadron	  2013,149;Proc.12th	  Asia	  Pac.Conf.	  013010 	  (2)K.I,T.Nozaki,M.Sentoku,and	  Y.Tobita,	  arXiv:1405.0582[hep-­‐ph]	  (3)K.I,	  T.Tajima,	  and	  Y.Tobita,	  PTEP	  (2015),	  013B02	  	  (4)K.I	  and	  Y.Tobita	  ,	  arXiv:1503.o7285[hep-­‐ph],	  others	  	  Kyoto	  U	  2015,	

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１．コロナの形成
起源と熱源は？	

ロウソク： 熱源のある外縁が最高温	

もしも、コロナが存在しないならば、太陽放射は６千度。ーー＞	  地球に電離層は存在しない。	

炭化水素の燃焼	

太陽： 内部で核融合（熱源）	

表面：6千度	  コロナ：100万度超	  何故 温度が逆転？	
Neutrino	  burning 	
Kyoto	  U	  2015,	

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Kyoto	  U	  2015,	

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コロナ熱源の伝統的な考え（古典物理）	  １．太陽エネルギーは、熱伝導でコアから光球に伝搬。	  
１－１．核融合で生成されたエネルギーは、	  コアから徐々に外縁に伝搬する。	  
１－２．ニュートリノは、弱い相互作用のため	  エネルギーを失わない。	  
２．太陽表面で、大規模な乱流運動が観測。この運動	  エネルギーの１％程度で、コロナ加熱(静穏)に充分	  ３．コロナで、密度が急激に減少する。一定のエネルギーを	  下部から上部へ伝搬するように、温度が急上昇。	  
４．全磁束は一定であり、磁束密度の高い領域で密度の	  急激な減少は、内部の温度を上昇させる。	  
５．波動（アルフェン波、音波）、磁束の再結合、衝撃波、他	  ６．温度Ｔとは各々の（ミクロな）自由度の持つエネルギー＝ｋＴ。	  
“エネルギー生成・伝搬についてのミクロな過程は？”	  “高振動数の波は如何が形成されるのか？”	
Kyoto	  U	  2015,	

4	ニュートリノによるコロナ加熱（ミクロな機構）	
１. 表面は6千度で、２０００Ｋｍほど上空で100万度（静穏）1000万度（活動）となるのは、基本的な物理が絡んでいる。	  	  ２．ニュートリノが例外的に、磁場下で相互作用する。MeV程度のエネルギーをもつ太陽ニュートリノの効果は大。	  
３．ニュートリノが、光と相互作用する遷移確率は（フェルミの黄金律の補正項）として、	  P=\Gamma	  T+P^{d} の“P^{d}” (ishikawa-­‐tajima-­‐tobita)。	  
4.	  P^{d}は、外部磁場と自由電子で、大きく増幅される。(電弱ホール効果、ishikawa-­‐tobita)	  5.	  P^{d}は、この状況でニュートリノの電磁遷移を引き起こし、コロナを形成させる熱源となる。同じ機構は、地球電離層にも影響する。(ishikawa-­‐tobita)	  ６．遷移は、ニュートリノのエネルギーの吸収を引き起こし、地球上の高エネルギーでのフラックスを削減させる。 	  
-­‐-­‐-­‐-­‐観測、測定・検証が可能（ＳＫ，ＨＫ）。	  	  	Kyoto	  U	  2015,	

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1.	  Corona	  condihon	

1-­‐1	  Quantum	  Field	  theory	  	  in	  the	  corona	  :	  	1	  	  Pure	  quantum	  eﬀects	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  Transihon	  Probability	  ;P	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  P=\Gamma	  T+P^{(d)}	  2.	  1/B	  expansion	  (strong	  magnehc	  ﬁeld)	  3.	  Electroweak	  	  Hall	  eﬀects	  (	  Chern-­‐Simons	  form)	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  Neutrino	  radiahve	  transihon	  Kyoto	  U	  2015,	

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2.	  Electroweak	  Hall	  eﬀect	  (	  ニュートリノホール効果)	

Integrate	  over	  the	  electrons	  ,	  Electroweak	  Chern-­‐Simons	  term	  	外部磁場	

Topological	  invariant	  (stable)	  	Kyoto	  U	  2015,	

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	  Transihon	  	  for	  overlapping	  waves	  	  (T)	  	  	3-­‐1.		  	  	  	  	  	  .	  	  	  	8	3-­‐2.	

Kyoto	  U	  2015,	

Neutrino	  transihon	  		  	  3-­‐2.	  具体的な計算法		  Overlaping	  waves	  in	  	  large	  area	  	  have	  ﬁnite	  interachon	  energy	  	  	  	  	  	  	  	>	   >>	  	  	  	  Kinehc	  	  energy	  =total	  –interachon	  is	  not	  constant	  	  	  	  	  	  >>>	  	  T-­‐dependent	  probability	  	)		  	  	  	  	  	Kyoto	  U	  2015,	

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間隔Ｔでの始・終状態間の遷移振幅	

遷移確率はP^{d}+\Gamma	  Tの２項	

前方 ピーク	Kyoto	  U	  2015,	

10	大気中のm_{\gamma}	

太陽コロナ	

Kyoto	  U	  2015,	

太陽表面	

地球表面	

11	３．太陽コロナ	
Photon’s	  eﬀechve	  mass	Kyoto	  U	  2015,	

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P^{d}	  vs	  distance	  R	0.03	  のオーダー	

Kyoto	  U	  2015,	

13	太陽コロナでのエネル
ギー比較：	  Normal	  mass	  hierarchy	
合わない	

Kyoto	  U	  2015,	

14	太陽コロナでのエネルギー比較：
Inverted mass	  hierarchy	

Kyoto	  U	  2015,	

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エネルギ源の内訳	  B^8	  ニュートリノが最大の寄与	

地球上：B^8ニュートリノの吸収の観測！	
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温度 ｖｓ 高度(z)	

検証可能	
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17	太陽フレア（や活動領域現象）のミクロ理論	  １．磁場とは、ソフトのフォトンがＮこ凝縮したもの。（large	  Ｎ )	  2.	  ソフトのフォトン同士の散乱や衝突では、生成フォトンもソフトであり、高振動数のフォトンは生成されない。	  
３．ソフトフォトンと、高振動数ニュートリノの衝突では、エネ	  ルギー交換反応で、高振動数フォトンが生成される。	  
４．Ｎが大きい場合、反応確率は大きくなる。	  
５．ニュートリノと非一様磁場の衝突は、大きな確率で、高振動数のフォトンを生成する。高振動数フォトンは、さらに	  周囲のプラズマ粒子と大きな確率で反応する。	  
-­‐-­‐-­‐à フレア	  6.ニュートリノのエネルギーが、フレアのエネルギーの大きな成分。このとき、ニュートリノは、エネルギーを失う。	  

太陽ニュートリノフラックスは、活動領域で、静穏時の１０倍以上減少する。フレアでは、さらに大きい。	  
地球側に大きなフレアが生じたとき、がチャンスである。	  	

Kyoto	  U	  2015,	

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４．地球電離層	
１．電離度の低い希薄プラズマ： ０．０１	  ２．中性原子密度 : 10^15	  m^-­‐3(@300Km) 	  ３．イオン（電子）密度:10^12m-­‐3(@300Km)	  ４．磁場の強さ:	  	  5	  x10^-­‐5	  T	  ５．Filling	  factor:	  	  O(1-­‐10)	  ６．遷移 \nu	  >	  \nu+gammaの確率はコロナと同じ程度：	  	  	  	  ７．電離層におけるニュートリノ現象の候補	  電離層風（中性、イオン、電子）	  地磁気日変動	  地球コロナ	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  Kyoto	  U	  2015,		  19	

現象１：	  電子密度と中性大気密度の分布の比較~	  Liu	  et	  al.,	  [2005]	 By	  近藤	
• 磁気赤道で密度の極小を取り，磁気緯度±15°で極大をとる	  • 電子密度の極大となる位
置は中性大気密度のそれより低緯度側	
中性大気密度の分布異常
は電子密度の分布と関係があると考えられる	
上の図：CHAMP	  衛星が測定した電子密度[Liu	  et	  al.,	  2005]	  下の図： 14	  MLT,	  15	  MLT	  における中性大気密度 (CHAMP,	  MSIS90	  モデル)，電子密度の緯度変化．[Liu	  et	  al.,	  2005]	

Kyoto	  U	  2015,	

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現象２：東西風分布測定の比較(by	  近藤）	(m/s)	

•どちらの図も磁気赤道を中心に対称的な分布	  
•値は少し異なるが基本的な構造は同じ	  すべての時間において，東西風が磁場の影響を受けたような分布をしている	(m/s)	

小さな日変動を生成	
上の図:	  DE-­‐2	  衛星で測定した東西風	  下の図:	  CHAMP	  衛星で測定した東西風	  [Liu	  et	  al.,	  ]	MLT	Kyoto	  U	  2015,	

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５．SK	  やHKによる吸収スペクトルの観測	  	   コロナと電離層における太陽ニュートリノ反応の結果	

地球上で測定されるフラックス	

コロナ、電離層内（＋太陽ー地球圏）の反応	

１．エネルギーをコロナや電離層で消費した太陽ニュートリノは、フラックスを削減され測定される。	  
２．減少量は、エネルギー、電子密度、磁場等のパラメーターに依存して変動する。	  
３．変動を検証する。	
Kyoto	  U	  2015,	

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結果の検証	
１．太陽コロナの効果（静穏太陽）	

２．地球電離層の効果	  2-­‐1．ニュートリノは昼夜で同じ。（光や、磁場は昼夜で異なる）	  2-­‐2．フラックス削減量のhigh-­‐sun/low-­‐sun比	  f(	  high-­‐sun)-­‐f(low-­‐sun)/f(high-­‐sun)+f(low-­‐sun)=0.03x	  0.2=0.006(0.6	  %)	  Kyoto	  U	  2015,	

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6.	  SN	  1987A	  neutrino	  	  interachon	  with	  Galaxy	Kyoto	  U	  2015,	

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まとめ	  １．ニュートリノ燃焼によるコロナ加熱のミクロな機構	  ２．電弱ホール効果によるニュートリノ電磁遷移	  ３．エネルギーは、inverted	  hierarchy	  で丁度良い 	  大きさで、normal	  hierarchy	  では、足らない。	  	  T(z)	  =(z-­‐z_0)^{-­‐2}	  で温度の急激な上昇	  ４．太陽フレアでは、ニュートリノエネルギーの１割程	  度が、磁場（光）に転換される。ニュートリノ・フラック	  スの大きな減少。	  
５．地球電離層における、日変動の一部は、ニュート	  リノ起源。SN1987A	  ニュートリノの銀河での吸収。	  
６．太陽ニュートリノの、太陽圏ー地球圏での働き。	  
７．SKやHKの高精度測定で検証可能性。	  	  	  	Kyoto	  U	  2015,	

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Experiments	

P^{d}現象	

クオーク二ウムからガンマ線	

連続スペクトル遷移	

水蒸気の赤外線吸収	

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Kyoto	  U	  2015,	

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A	  new	  area	  of	  quantum	  	Kyoto	  U	  2015,	

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