Ієрархія мас нейтрино — відкрите питання у фізиці елементарних частинок. Вимірювання осциляцій нейтрино дозволяють лише визначити різницю мас, але не абсолютний масштаб мас нейтрино. Досі невідомо, чи є два власні стани нейтрино з меншою різницею мас легшими чи важчими за стан з більшою різницею мас.
Для мас , , власних станів мас , , розрізняють такі сценарії:
«Нормальна» ієрархія: «Інвертована» ієрархія:
Терміни «нормальна» й «інвертована» ієрархія стосуються порівняння із зарядженими лептонами та їх ієрархією мас: . Оскільки стан у суперпозиції станів за ароматном має найбільшу частку тау-нейтрино, було б «нормально», якби був найважчим станом, і навпаки — якби був найлегшим станом.
Контекст У Стандартній моделі фізики елементарних частинок нейтрино існують у трьох різних ароматах — , , — і породжуються завдяки слабкій взаємодії в певному власному стані за ароматом. Проте поширення (пропагація) нейтрино має відбуватися в одному з власних масових станів — , , . Експерименти показали, що власні ароматні стани нейтрино не можна однозначно співвіднести з трьома масовими станами: вони є суперпозицією масових станів, яку можна описати за допомогою матриці Понтекорво—Макая—Накаґави—Сакати. Це і є причиною явищ нейтринних осциляцій та проблеми сонячних нейтрино.
Осциляції нейтрино залежить від їхньої енергії, пройденої відстані та квадрата різниці мас між власними станами нейтрино. Оскільки можна визначити лише різницю квадратів мас нейтрино (наприклад, різницю між масами нейтрино та масами нейтрино), можна визначити коливання нейтрино. Б. ) і, залежно від вимірювання, лише величина різниці ( Хоча відносні відмінності в масах власних станів можна визначити, порядок у спектрі мас визначити неможливо.
Вимірювання Різниці мас власних станів нейтрино вимірюють в різних нейтринних обсерваторіях та інших експериментах з фізики елементарних частинок. Проект NuFit регулярно підсумовує ці вимірювання в загальному аналізі всіх наявних даних та повідомляє, серед іншого, про найімовірніші значення квадратів різниць мас власних станів:
Для меншої різниці мас між і (сонячні нейтрино) отримують: . Для більшої різниці мас між і однією з двох інших мас або : («нормальне» розташування) або («інвертоване» розташування).
Наразі немає статистично значущої переваги для «нормального» або «інвертованого» розташування мас нейтрино.
Плануються подальші вимірювання для уточнення ієрархії мас нейтрино. На стадії розробки перебувають експерименти JUNO та , які мають на меті остаточно визначити ієрархію мас нейтрино.
Примітки