<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.4 20210610//EN" "JATS-journalpublishing-oasis-article1-4-mathml3.dtd">
<article article-type="research-article" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:oasis="http://www.niso.org/standards/z39-96/ns/oasis-exchange/table"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">PRD</journal-id><journal-id journal-id-type="coden">PRVDAQ</journal-id><journal-title-group><journal-title>Physical Review D</journal-title><abbrev-journal-title>Phys. Rev. D</abbrev-journal-title></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2470-0010</issn><issn pub-type="epub">2470-0029</issn><publisher><publisher-name>American Physical Society</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-major"><subject>ARTICLES</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-minor"><subject>Astrophysics and astroparticle physics</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Prospects for relic neutrino detection using nuclear spin experiments</article-title><alt-title alt-title-type="running-title">PROSPECTS FOR RELIC NEUTRINO DETECTION USING …</alt-title><alt-title alt-title-type="running-author">GARCIA DEL CASTILLO, PIEROBON, SENGUPTA, AND WONG</alt-title></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><contrib-id authenticated="true" contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0005-9159-205X</contrib-id><name><surname>Garcia del Castillo</surname><given-names>Yeray</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n1"><sup>*</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id authenticated="true" contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-6231-9461</contrib-id><name><surname>Pierobon</surname><given-names>Giovanni</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n2"><sup>†</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id authenticated="true" contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-5107-0098</contrib-id><name><surname>Sengupta</surname><given-names>Dipan</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n3"><sup>‡</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Wong</surname><given-names>Yvonne Y. Y.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n4"><sup>§</sup></xref></contrib><aff id="a1">Sydney Consortium for Particle Physics and Cosmology School of Physics, <institution-wrap><institution>The University of New South Wales</institution><institution-id institution-id-type="ror">https://ror.org/03r8z3t63</institution-id></institution-wrap>, Sydney New South Wales 2052, Australia</aff></contrib-group><author-notes><fn id="n1"><label><sup>*</sup></label><p>Contact author: <email>y.garcia_del_castillo@unsw.edu.au</email></p></fn><fn id="n2"><label><sup>†</sup></label><p>Contact author: <email>g.pierobon@unsw.edu.au</email></p></fn><fn id="n3"><label><sup>‡</sup></label><p>Contact author: <email>dipan.sengupta@unsw.edu.au</email></p></fn><fn id="n4"><label><sup>§</sup></label><p>Contact author: <email>yvonne.y.wong@unsw.edu.au</email></p></fn></author-notes><pub-date iso-8601-date="2026-02-27" date-type="pub" publication-format="electronic"><day>27</day><month>February</month><year>2026</year></pub-date><pub-date iso-8601-date="2026-02-15" date-type="pub" publication-format="print"><day>15</day><month>February</month><year>2026</year></pub-date><volume>113</volume><issue>4</issue><elocation-id>043061</elocation-id><pub-history><event><date date-type="corrected" iso-8601-date="2026-04-09"><day>9</day><month>April</month><year>2026</year></date><notes><p><italic>Correction:</italic> An incorrect version of Fig. 7 was used for publication and has now been replaced with the correct version.</p></notes></event><event><date iso-8601-date="2025-10-26" date-type="received"><day>26</day><month>October</month><year>2025</year></date></event><event><date iso-8601-date="2026-02-11" date-type="accepted"><day>11</day><month>February</month><year>2026</year></date></event></pub-history><permissions><copyright-statement>Published by the American Physical Society</copyright-statement><copyright-year>2026</copyright-year><copyright-holder>authors</copyright-holder><license license-type="creative-commons" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><license-p content-type="usage-statement">Published by the American Physical Society under the terms of the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International</ext-link> license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI. Funded by SCOAP<sup>3</sup>.</license-p></license></permissions><related-article ext-link-type="doi" xlink:href="10.48550/arXiv.2508.20357" related-article-type="preprint"/><abstract><p>Direct detection of the cosmic neutrino background (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) remains one of the most formidable experimental challenges in modern physics. In this work, we extend recent studies of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>induced</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> coherent transitions in polarized nuclear spin ensembles. Adopting an open quantum system framework, we model coherent neutrino effects in large spin ensembles using a Lindblad master equation that also incorporates realistic experimental imperfections such as local dephasing and imperfect polarization. We solve the Lindblad equation numerically by way of a fast and computationally inexpensive method that can be extended to an arbitrarily large number of spins. Using our numerical solutions, we forecast the sensitivities of future experiments such as CASPEr to the local <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Our findings indicate that a CASPEr-like experiment, though primarily aimed at axion dark matter search, could also constrain the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>13</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> in configurations achievable by currently planned experimental efforts, and down to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>11</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> in the most optimized scenario. While <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> detection remains out of reach in the foreseeable future, our results highlight the potential of using quantum sensing to probe fundamental physics.</p></abstract><funding-group><award-group award-type="unspecified"><funding-source country="AU"><institution-wrap><institution>Australian Research Council</institution><institution-id institution-id-type="doi" vocab="open-funder-registry" vocab-identifier="10.13039/open-funder-registry">10.13039/501100000923</institution-id></institution-wrap></funding-source><award-id>DP240103130</award-id></award-group></funding-group><counts><page-count count="38"/></counts></article-meta></front><body><sec id="s1"><label>I.</label><title>INTRODUCTION</title><p>Standard hot big bang cosmology predicts a cosmic neutrino background (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), a relic from the early universe analogous to the cosmic microwave background (CMB), that decoupled from the primordial plasma when it cooled to temperatures of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>MeV</mml:mi></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c1">[1]</xref>. At decoupling these neutrinos had a nearly thermal spectrum of the relativistic Fermi-Dirac form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, which is preserved by cosmological redshifting induced by the spatial expansion of the universe. Together with the minimum neutrino mass values implied by flavor oscillation experiments, we expect the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> today to be largely nonrelativistic, with a temperature of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>1.7</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>1.95</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>, slightly cooler than the 2.73 K CMB photons. Its mean number density is predicted to be <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>56</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mi>cm</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> per flavor, but can be enhanced locally, i.e., in the solar neighborhood, by factors of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>–</mml:mi><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, depending on the neutrino mass, through gravitational clustering <xref ref-type="bibr" rid="c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c11 c12 c13 c14">[2–14]</xref>.</p><p>Notwithstanding its abundance, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has so far evaded direct detection in the laboratory owing to its extremely low energies and weak interactions. To date, the only evidence we have of its existence is indirect and based entirely on its gravitational effects in the early Universe and subsequent impact on precision cosmological observables. Specifically, measurements of the primordial light element abundances (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="c15">[15]</xref>) and the CMB anisotropies (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="c16">[16]</xref>) consistently prefer an expansion rate—at minutes and 400,000 years postbig bang, respectively—compatible at the 10% level with the standard prediction of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> energy density.<fn id="fn1"><label><sup>1</sup></label><p>In cosmology parlance, the effect of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> energy density on the early universal expansion rate is parametrized by the effective number of neutrinos <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>eff</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The inferred value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>eff</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> from primordial light element abundances and the CMB are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>eff</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.88</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.27</mml:mn></mml:math></inline-formula> (68% CL) <xref ref-type="bibr" rid="c15">[15]</xref> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>eff</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.99</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.17</mml:mn></mml:math></inline-formula> (68% CL) <xref ref-type="bibr" rid="c16">[16]</xref>, respectively, consistent with the energy density in three light neutrino flavors.</p></fn> Anisotropic stress constraints from the CMB likewise support the weakly interacting nature of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c17 c18">[17,18]</xref>.</p><p>In the face of ever-improving cosmological/gravity-based constraints, it nonetheless remains of great interest to detect or at least constrain the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in a more direct way, using methods based on particle scattering. In this connection, a number of possible probes and constraints have been discussed. Below is a nonexhaustive list. <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>At leading order in the Fermi constant <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the so-called Stodolsky effect <xref ref-type="bibr" rid="c19">[19]</xref> refers to a spin-dependent shift in the energy of a standard-model (SM) fermion sitting in a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> asymmetric bath of neutrinos and antineutrinos. While cosmological neutrino-antineutrino asymmetries of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>γ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are not excluded by observations (e.g., <xref ref-type="bibr" rid="c20">[20]</xref>), it is also not well motivated within the SM, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> particle-antiparticle asymmetries are generically expected in light of the observed matter-antimatter asymmetry in the Universe. We remark however on a recent claim of a large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>η</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn></mml:math></inline-formula> being preferred by extragalactic <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>He</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> observations <xref ref-type="bibr" rid="c21">[21]</xref>. Note also discussions of the survival of such asymmetries in the local Universe <xref ref-type="bibr" rid="c22 c23">[22,23]</xref>.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>At next-to-leading order <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, coherent elastic scattering of a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> wind with a macroscopic target can produce a mechanical force that causes the target to accelerate <xref ref-type="bibr" rid="c24 c25 c26 c27 c28 c29">[24–29]</xref>. This force does not require the presence of a neutrino-antineutrino asymmetry, but works best for Dirac neutrinos. For Majorana neutrinos, the absence of vector currents causes the interaction cross section to be suppressed by a factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Earth-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> relative speed. Current torsion balance setups cannot measure this acceleration unless the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> number density is enhanced by a factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>12</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> or more <xref ref-type="bibr" rid="c29">[29]</xref>. Advancement on this front consists in using new techniques, e.g., interferometry <xref ref-type="bibr" rid="c28">[28]</xref>, to enhance the sensitivity to the acceleration.</p></list-item><list-item><label>(iii)</label><p>Another <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> effect, neutrino capture by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula>-decaying nuclei remains unique to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> detection <xref ref-type="bibr" rid="c30 c31 c32 c33">[30–33]</xref> and goes hand-in-hand with direct neutrino mass searches based upon <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula>-decay end-point spectrum measurements <xref ref-type="bibr" rid="c34 c35 c36">[34–36]</xref>. The flagship tritium <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula>-decay neutrino mass experiment KATRIN currently limits the local <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>11</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c34">[34]</xref>. The proposed PTOLEMY experiment aims to constrain this parameter to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c37">[37]</xref>.</p></list-item><list-item><label>(iv)</label><p>An accelerator-based variant of the above has also been discussed in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c38">[38]</xref>, which proposes to use accelerated beams of ions in ion storage rings to capture <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> neutrinos at nuclear <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula>-resonances to enhance the capture cross section.</p></list-item><list-item><label>(v)</label><p>Inelastic <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> scattering of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on a target system can also induce transitions between different energy states. These include atomic transitions <xref ref-type="bibr" rid="c39 c40">[39,40]</xref>, as well as nuclear spin flips <xref ref-type="bibr" rid="c41 c42">[41,42]</xref>. Of the latter, hydrogen spin flip induced by absorption of a relic neutrino-antineutrino pair may be sensitive to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>9</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> for neutrino masses <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c41">[41]</xref>.</p></list-item><list-item><label>(vi)</label><p>On astrophysical scales, probes of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> range from small-scale (i.e., sub-1 AU) perturbations to planetary orbits (current constraint <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mn>5.34</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>10</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c43">[43]</xref>) and the cooling of old neutron stars from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> capture (potential sensitivity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>9</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c44">[44]</xref>), to large-scale (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>Mpc</mml:mi></mml:math></inline-formula>) up-scattering of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by cosmic rays <xref ref-type="bibr" rid="c45 c46 c47">[45–47]</xref> (current constraint <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c47">[47]</xref>) and features in the energy spectra of ultrahigh energy neutrinos due to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> scattering (current constraint <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>14</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c48">[48]</xref>). Also proposed are resonant absorption dips in the cosmogenic neutrino energy spectrum when these neutrinos interact with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on a meson resonance <xref ref-type="bibr" rid="c49">[49]</xref>, a variant of the original <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Z</mml:mi></mml:math></inline-formula>-resonance absorption dips for ultrahigh energy neutrinos <xref ref-type="bibr" rid="c50">[50]</xref>.</p></list-item></list></p><p>We are particularly interested in the proposal of Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>, which exploits spin ensembles such as in nuclear magnetic resonance (NMR) experiments to detect coherent effects induced by the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> through inelastic neutrino-spin interactions. Specifically, Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref> argued that the momentum transfer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula> in such interactions can be macroscopic in wavelength terms, causing the collective <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>induced</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spin flip rates across the spin ensemble to scale as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of spins, if the spin sample’s physical size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> is smaller than or comparable to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> (this situation is to be compared with an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> scaling in an incoherent, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> setting). Such macroscopic coherence of the target system can significantly enhance sensitivity to weak interactions and may conceivably yield a constraint on the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter comparable to the current KATRIN bound, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>11</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c34">[34]</xref>, for specific initial spin configurations <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>. Added to its appeal is that planned NMR experiments to search for dark matter axions and axionlike particles, e.g., CASPEr <xref ref-type="bibr" rid="c51 c52">[51,52]</xref>, are in principle sensitive to such coherent signals. Besides opening up a new avenue for ultralow-threshold searches for fundamental physics, the potential for these experiments to simultaneously search for and/or constrain both the axion and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parameter space is a most tantalizing prospect.</p><p>In this work, we expand on the study of Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref> as follows: (i) We explore realistic experimental effects such as local dephasing and imperfect initial polarization of the spin ensemble, both of which can degrade the coherent <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> signature. (ii) Modeling these effects using an open quantum system framework, we solve the Lindblad master equation numerically, both for the full density matrix of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins, and using a computationally efficient second-order approximation that tracks only a limited set of observables. Using these solutions, we are able to confirm for large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> the validity of the perturbative solutions put forward in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>. (iii) We forecast the sensitivity of realistic future experiments to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, especially the reach of the CASPEr experiment <xref ref-type="bibr" rid="c51 c52 c53">[51–53]</xref>, by including a more realistic modeling of the instrumental noise, initial polarization of the spin ensemble, and sample size.</p><p>In addition to the sample size, which restricts the degree of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> coherence across the spin ensemble, we find the initial spin polarization to be a particularly important limiting factor—and also the primary reason why the current generation of NMR axion searches cannot place competitive constraints on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In the most optimistic case (no instrumental noise, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>, 100% polarization), a sensitivity of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>11</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> may be achievable using <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei. In more realistic settings (instrumental noise, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>, 25% polarization), however, the sensitivity to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> deteriorates to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>13</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p><p>The paper is structured as follows. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2">II</xref> we introduce the scattering rates of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with a single two-level system, such as a nuclear spin with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and with an ensemble of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins, highlighting a regime where a coherent <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> enhancement can be achieved. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>, we review the Lindblad master equation commonly used to model open quantum systems, and describe the dynamics in the Dicke basis. Sections <xref ref-type="sec" rid="s4">IV</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s5">V</xref> discuss, respectively, the emergence of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> effects in collective observables and the limitations arising from incoherent local effects that eventually degrade the signal. We show in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6">VI</xref> how the Lindblad master equation combining coherent and incoherent local effects can be efficiently solved using a numerical approximation. We use these numerical solutions to forecast the sensitivity of currently planned experiments to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, as detailed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s7">VII</xref>. Section <xref ref-type="sec" rid="s8">VIII</xref> contains our conclusions. The computational details of this work are reported in eight Appendices.</p></sec><sec id="s2"><label>II.</label><title>NEUTRINO-SPIN INTERACTION</title><p>Consider a spin-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> fermion—such as an electron or a nucleus—interacting with neutrinos via the weak interaction. We assume coherence over nuclear distances, allowing us to treat the fermion as a pointlike particle and neglect its internal structure. At low energies, this interaction can be described by an effective 4-fermi interaction specified by the Lagrangian <disp-formula id="d1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:menclose notation="updiagonalstrike" other="updiag1"><mml:mo>∂</mml:mo></mml:menclose><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>int</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>int</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:munder><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the fermion field of mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> and electric charge <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the electromagnetic 4-potential, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> the Fermi constant, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> the neutrino field of flavor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the vector and axial-vector couplings of the fermion to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>The couplings <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> generally depend on the neutrino flavor as well as the nature of the fermion. Here, we focus exclusively on neutrino–nucleus interaction through the neutral-current channel. The corresponding couplings are therefore independent of flavor. The values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are nucleus-dependent. In what follows, we consider the axial coupling <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which is only sensitive to the spin of the unpaired nucleon (see, e.g., <xref ref-type="bibr" rid="c54">[54]</xref>).</p><p>It is convenient to express the neutrino fields in the mass basis. Performing the basis transformation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the mass eigenstates (for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 2, 3) and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata matrix, the interaction Lagrangian becomes <disp-formula id="d2"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>int</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(2)</label></disp-formula>where the effective couplings in the mass basis are given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In the flavor-independent case under consideration, the effective couplings are diagonal, i.e., nonzero only for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and equal for all mass eigenstates.<fn id="fn2"><label><sup>2</sup></label><p>If instead of nuclear spins we consider electron spins, then the neutrino-spin interaction can also proceed via the charged-current channel. In that case, the couplings <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> generally contain nonzero off-diagonal terms, allowing the neutrino to change mass eigenstates via the interaction. This case has been considered in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>.</p></fn></p><p>In a typical NMR setup, a sample of (nonrelativistic) nuclear spins is placed in a constant magnetic bias field <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>∇</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, which we choose to point in the negative-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> direction, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. We can therefore take the nonrelativistic limit and derive from the relativistic Lagrangian <xref ref-type="disp-formula" rid="d1">(1)</xref> the corresponding Hamiltonian for a single spin, <disp-formula id="d3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>int</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3)</label></disp-formula>Here, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> describes the interaction of the spin with the magnetic field, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the energy splitting between adjacent spin states—also called the Larmor frequency, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the gyromagnetic ratio specific to the nucleus under consideration, defined via the nuclear magneton <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the nucleus-specific <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula>-factor. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>int</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> terms describe interaction of the spin with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where the spin raising and lowering operators are defined as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In our flavor-independent case the neutrino terms <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> read <disp-formula id="d4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(4)</label></disp-formula>and they arise exclusively from the axial part of the weak interaction. We refer to the reader to Appendix <xref ref-type="app" rid="app1">A</xref> for the derivation of the low-energy Hamiltonian, including the flavor-dependent case.</p><p>Physically, the term <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> corresponds to elastic scattering of neutrinos off a spin, which alters the phase evolution of the spin but does not change its energy. In contrast, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> terms describe inelastic processes, in which the neutrino exchanges energy with the spin, either exciting it (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>) or deexciting it (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>). The single-spin excitation and deexcitation rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, defined as the transition rate of a spin from down to up (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula>) and vice versa (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula>), can be estimated using Fermi’s golden rule. Accounting only for inelastic neutrino-spin scattering, the rates read <disp-formula id="d5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>low</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(5)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the mass of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>th mass eigenstate, and the lower integration limits are given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>low</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>low</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.<fn id="fn3"><label><sup>3</sup></label><p>All neutrino momenta throughout this work are 3-momenta. We do however use a superscript “0”, e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> to denote energy.</p></fn> This expression applies to both Dirac and Majorana neutrinos, but with the understanding that the neutrino and antineutrino occupation numbers, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, in the Dirac case are a factor two smaller than in the Majorana case.<fn id="fn4"><label><sup>4</sup></label><p>Although at decoupling relativistic Dirac neutrinos (antineutrinos) are exclusively in the left- (right-) helicity state, as they redshift to nonrelativistic velocities at late times, the generic expectation is they should relax into an equal mixture of left- and right-helicity states via gravitational interactions.</p></fn> The detailed calculation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> from the low-energy Hamiltonian <xref ref-type="disp-formula" rid="d3">(3)</xref> can be found in Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref>. Assuming a standard, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula>-symmetric <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and a spin sample consisting of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the rates <xref ref-type="disp-formula" rid="d5">(5)</xref> evaluate numerically to <disp-formula id="d6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>1.1</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>48</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>Hz</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>0.994</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(6)</label></disp-formula>for a typical NMR energy splitting of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> and a normally ordered neutrino mass sum of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∑</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>.<fn id="fn5"><label><sup>5</sup></label><p>We adopt mass values consistent with global neutrino oscillation fits <xref ref-type="bibr" rid="c55 c56 c57">[55–57]</xref>. For normal ordering, the masses are fixed by the total mass sum and the measured mass-squared splittings, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>21</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>7.4</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>31</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>2.5</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, giving <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>0.0419</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>0.0428</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>0.0652</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∑</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></fn></p><p>In the case of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins, the low-energy Hamiltonian <xref ref-type="disp-formula" rid="d3">(3)</xref> generalizes to <disp-formula id="d7"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(7)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are understood to operate only on the spin at spatial position <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and the neutrino terms <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the same as those given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d4">(4)</xref> but now with the neutrino fields specified by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The total excitation and deexcitation rates of the ensemble, defined here as the rate at which the total energy of the ensemble increases or decreases by one unit of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, can be written as<fn id="fn6"><label><sup>6</sup></label><p>Throughout this work, we always denote integrated (ensemble-level) rates by an upper-case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, while single-spin interaction rates—relevant for the Lindblad dynamics discussed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>—are represented by a lower-case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>γ</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></fn> <disp-formula id="d8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>low</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(8)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, is the polar angle between the momentum vectors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <disp-formula id="d9"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>β</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math><label>(9)</label></disp-formula>are the excitation and deexcitation form factors.</p><p>Depending on the initial spin configuration and the momentum transfer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> from the neutrinos to the ensemble, the form factors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can evaluate to a range of values. For example, a system prepared in the ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> in which all spins align initially with the magnetic field has <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and hence a nonvanishing total excitation rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In contrast, for an initial spin state aligned with the equatorial plane, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∏</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the form factors evaluate to <disp-formula id="d10"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mn>9</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(10)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> the spherical Bessel function of order one. Clearly, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can range from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in the fully incoherent regime, to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in the fully coherent regime, discussed in the following subsection.</p><sec id="s2a"><label>A.</label><title>Coherent regime</title><p>An inspection of the form factor <xref ref-type="disp-formula" rid="d10">(10)</xref> reveals that there are essentially two physical scales that determine the spatial coherence of the neutrino-spin interactions. The first is the characteristic size of the spin ensemble <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which sets the spatial extent over which the spins are distributed. The second is the typical momentum transfer induced by the relic neutrinos <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>Since the incoming neutrinos follow a momentum distribution <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the momentum transfer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is also dictated by the distribution. The coherence properties must therefore be understood in terms of the typical momentum transfer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> extracted from this distribution. When the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> is satisfied, we see in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d10">(10)</xref> that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, leading to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This condition can always be fulfilled if the typical neutrino momentum <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> itself is small compared with the inverse system size, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. For relic neutrinos with a typical incoming momentum of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>3.15</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>5.3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> therefore requires a very small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>0.04</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>. However, even for the larger-size spin samples to be considered in this work, e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where formally <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, it is still possible to fulfill the broader condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and hence maintain coherence across the sample in some limits. Specifically, the typical <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> kinetic energy is much larger than the energy splittings <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> considered in this work. In this limit, the typical momentum transfer is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the angle between the incoming and outgoing neutrino. Thus, we see that coherence can be maintained for those scattering angles satisfying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p><p>In terms of the total excitation and deexcitation rates <xref ref-type="disp-formula" rid="d8">(8)</xref>, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> limit is effectively equivalent to demanding that only outgoing momentum directions falling in the range <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> contribute to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> enhancement. Thus, evaluating the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula>-integral immediately yields <disp-formula id="d11"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(11)</label></disp-formula>which we note is suppressed by a factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> relative to the naïve coherent rate. The typical momentum transfer in this regime is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This will be the case of interest in our study and was first introduced in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref> as an analogy to the Rayleigh-Gans regime <xref ref-type="bibr" rid="c58">[58]</xref>. See Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref> for details.</p><p>As a concrete example, consider a spin ensemble composed of liquid <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> characterized with a spin density of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>22</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. In this case, assuming an energy splitting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> and a standard <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with three normally ordered masses summing to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∑</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the total excitation rate of the spin ensemble evaluates to <disp-formula id="d12"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>Hz</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(12)</label></disp-formula>where the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> scaling represents the aforementioned forward limit of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> enhancement <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>. The dependence of the total interaction rate (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>) on the system parameters, including <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the sample size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>, is illustrated in the left panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, where regions exhibiting enhanced coherence can be identified. The right panel of the same figure shows the dissipation ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> across the relevant parameter space, and highlights a slight dominance of neutrino-induced deexcitation. This dominance arises because deexcitation is always kinematically allowed as it has no energy threshold: any neutrino regardless of its momentum can induce the transition; see Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d5">(5)</xref>. Excitation is on the other hand not always possible. The fractional difference is approximately <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. See also Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref>.</p><fig id="f1"><object-id>1</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f1</object-id><label>FIG. 1.</label><caption><p>Typical neutrino-spin interaction rates for a single neutrino species at a standard number density <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>110</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mi>cm</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and with a typical momentum <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mi>cm</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Left: the total rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the parameter space of system energy splitting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and sample size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where we have assumed a spin density of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>22</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and a single neutrino mass of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The regions that exhibit coherent effects are in the top-left corner. Right: dissipation ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the parameter space of neutrino mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and system energy splitting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> in units of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>neV</mml:mi><mml:mo stretchy="false">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The ratio quantifies the imbalance between neutrino-induced excitation (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>) and deexcitation (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>) single-spin processes, setting the dynamics of the system in the absence of other interactions. We find <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> across the entire parameter space shown, indicating a net deexcitation effect from relic neutrinos on the spin ensemble. The two horizontal red dashed lines denote the splitting energies for an ensemble of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spins achieved with two different sub-Tesla magnetic field values.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_1.eps"/></fig></sec></sec><sec id="s3"><label>III.</label><title>AN OPEN QUANTUM SYSTEM</title><p>Although our full system comprises a spin ensemble <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> and a relic neutrino bath <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> that interact with each other, in practice we are interested only in the dynamics of the former. To this end, we adopt the framework of open quantum systems, which assumes unitary evolution of the density matrix of the full system, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, under a total Hamiltonian <disp-formula id="d13"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>int</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(13)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> denote, respectively, the free Hamiltonian of the spin ensemble and of the bath, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>int</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> describes their interaction. Tracing out the bath degrees of freedom, the evolution of the reduced density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is described by the Lindblad master equation <xref ref-type="bibr" rid="c59 c60 c61">[59–61]</xref>, <disp-formula id="d14"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(14)</label></disp-formula>where the so-called Lamb-shift Hamiltonian <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is a small Hermitian correction to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> arising from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>int</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <disp-formula id="d15"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math><label>(15)</label></disp-formula>is a superoperator that acts on the reduced density matrix and describes the <italic>dissipative</italic> effects of the system-bath interaction. Dissipation can occur through multiple channels, each specified by its own operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the associated interaction rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>The Lindblad equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d14">(14)</xref> serves well under the condition of weak coupling of the system to a large bath with no memory and when the Larmor frequency <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is much larger than the interaction rates. These conditions enter the derivation of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d14">(14)</xref> at various stages via the so-called Born, Markovian, and rotating-wave/secular approximation, which are discussed in more detail in Appendix <xref ref-type="app" rid="app3">C</xref>. See also, e.g., Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c61">[61]</xref> for a general introduction to the Lindblad formalism.</p><sec id="s3a"><label>A.</label><title>The master equation</title><p>In the case of a single spin-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> interacting with a neutrino bath, the Hamiltonians of the spin system and its interaction with the neutrinos, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, are given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3">(3)</xref>. The corresponding Lindblad equation for the spin density matrix in the interaction picture takes the form <disp-formula id="d16"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(16)</label></disp-formula>where we have highlighted <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> as the reduced density matrix for a single two-level system. We refer the reader to Appendix <xref ref-type="app" rid="app3">C</xref> for an <italic>ab initio</italic> derivation of this equation.</p><p>Inspecting Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d16">(16)</xref>, we see first an energy shift due to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which is a combination of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, Stodolsky effect that is present only when the neutrino-antineutrino asymmetry is nonzero, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> terms from the Hermitian part of the Lindblad equation. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> terms and the corresponding coefficients <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent the non-Hermitian interaction of the spin with the neutrinos, causing the spin to either excite or deexcite via inelastic scattering, analogously to absorption and emission in quantum optics.<fn id="fn7"><label><sup>7</sup></label><p>While we draw parallels between our system and quantum optics and introduced terminology commonly used in the latter subject, we always use “excitation” and “deexcitation” to refer to the effects of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></fn> The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> term is, on the other hand, energy conserving and represents the effect of dephasing. The computations of the coefficients <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be found in Appendix <xref ref-type="app" rid="app4">D</xref>. Their general forms including both neutrino scattering and pair emission/absorption processes can be found in Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd10">(D10)</xref>–<xref ref-type="disp-formula" rid="dd12">(D12)</xref>, and, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, match the heuristic single-spin excitation and deexcitation rates <xref ref-type="disp-formula" rid="d5">(5)</xref> under the same settings.</p><p>The single-spin equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d16">(16)</xref> can be generalized to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins, where the Hilbert space of the spin ensemble is now <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d7">(7)</xref> gives the corresponding Hamiltonian. As we show in Appendix <xref ref-type="app" rid="app5">E</xref>, omitting the Hermitian part, the Lindblad equation for the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> two-level systems reads <disp-formula id="d17"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(17)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> run over all the spins of the system, and the angular operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> act only on the spin <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The coefficients <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> again encode information of the spin-bath interaction, but now correlate the interaction at spatial position <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> to that at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>β</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. For instance, assuming only inelastic neutrino-spin scattering, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> coefficients read <disp-formula id="d18"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(18)</label></disp-formula>Depending on the extent to which correlations can be maintained across spatial distances <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>β</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> of the spin ensemble, qualitatively very different dynamics can arise. Two contrasting limits are the fully coherent and the fully incoherent regimes.</p><sec id="s3a1"><label>1.</label><title>Fully coherent regime</title><p>Full coherence is achieved when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> across the whole spin ensemble, or, equivalently, when the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> is satisfied for momentum transfer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula> and a sample size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In this limit, the interaction coefficients are effectively the same for all spin pairs. The Lindblad equation then reduces to <disp-formula id="d19"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(19)</label></disp-formula>where we have introduced the <italic>collective</italic> spin operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. This collective Lindblad equation is structurally identical to that for a single spin and the coefficients <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the same single-spin interaction rates of Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd10">(D10)</xref>–<xref ref-type="disp-formula" rid="dd12">(D12)</xref>. In the language of quantum optics, these terms describe, in the order of appearance, collective emission, collective absorption, and collective dephasing (see, e.g., Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c62">[62]</xref>). Since the system Hamiltonian is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the collective dephasing term commutes with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and has no dynamical effect on the observables of interest; we will therefore neglect it in the following.</p></sec><sec id="s3a2"><label>2.</label><title>Incoherent regime</title><p>In the opposite, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> limit, the phase differences across the system are large, leading to a complete loss of coherence. This defines the incoherent regime, in which neutrino-spin interactions are fully local. The master equation in this case factorizes into <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> independent Lindblad equations, i.e., <disp-formula id="d20"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(20)</label></disp-formula>Here, each spin evolves independently under local interactions with the bath, and the rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are again the single-spin rates. This local Lindblad form is general for any uncorrelated ensemble-bath interaction and applies to a wide class of physical systems for which the Lindblad approximation holds. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s5">V</xref>, we will use Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d20">(20)</xref> to model other (non-neutrino) environmental effects that eventually drive the spin ensemble toward thermal equilibrium in a realistic NMR experiment.</p></sec></sec><sec id="s3b"><label>B.</label><title>Dicke basis and initial states</title><p>Suppose all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins are identically prepared and indistinguishable, and experience the same interactions with the environment. It is then convenient to use the framework of Dicke states <xref ref-type="bibr" rid="c63">[63]</xref>, which are eigenstates of the collective operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and form a basis for the permutationally invariant subspace of the full Hilbert space. As permutational invariance is preserved by the dynamics of the scenarios of interest, adoption of the Dicke basis allows us to drastically reduce the computational complexity of the problem, both analytically and numerically: instead of working in the full <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula>-dimensional Hilbert space, we can restrict the dynamics to a much smaller subspace, spanned by the Dicke states labeled by the total spin and its projection, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>min</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>min</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> even or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>min</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> odd, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The full density matrix therefore contains <disp-formula id="d21"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>min</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(21)</label></disp-formula>elements. In the presence of purely coherent interactions, where the dynamics are confined to the fully symmetric subspace (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>), this reduces further to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p><p>The left panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref> illustrates the intuition provided by the Dicke representation—commonly visualized as the Dicke triangle—which organizes the Hilbert space according to total spin <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>, including both the symmetric subspace (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>) and the nonsymmetric sectors (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>) that do not exhibit cooperative or superradiant behaviors. When the coherence condition is satisfied, the neutrino-spin interaction is represented by collective, “vertical” transitions along the Dicke ladder in steps of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This behavior contrasts with that of incoherent local processes such as dephasing, which induce only “horizontal” motion along the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis of the Dicke triangle. For more details on the Dicke basis and the effects of local interactions, we refer the reader to Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c62">[62]</xref> and references therein. See also Refs. <xref ref-type="bibr" rid="c64 c65">[64,65]</xref> for an exposition on Dicke superradiance.</p><fig id="f2"><object-id>2</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f2</object-id><label>FIG. 2.</label><caption><p>Visual representations of collective spin states in an ensemble of spin-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> particles. Left: the Dicke triangle shows the structure of permutational invariant Dicke states <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, including the ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, excited state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and intermediate states such as the superradiant state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The vertical coordinate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> parametrizes the energy of the system, while the horizontal coordinate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the cooperativity of the system, i.e., the degree of coherence in the system. Blue shading indicates regions of enhanced collective effects, as determined by the expectation value of the emission rate operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Center: the density matrix for the coherent spins state (or product state) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> in the symmetric subspace basis <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula>. We also depict the excited and the ground states, which lie in the opposite extremities of the matrix. Right: Bloch sphere depiction of collective spin states. The ground and the excited Dicke states point in the negative and positive <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>-directions, respectively. The product state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> also has a well-defined classical direction: in this figure, it aligns with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and relates to the ground state by a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> pulse.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_2.eps"/></fig><p>We are interested in three types of permutation-symmetric initial states, whose density matrices in the symmetric Dicke basis and Bloch sphere visualizations are shown in the center and right panels of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>. <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>The ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> represents the case in which all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins are in the low-energy state of the splitting (pointing down in our notation), such that the polarization is unity in the Bloch sphere. From an experimental perspective, such a state is called hyperpolarized, as the polarization far exceeds the thermal equilibrium expectation (see Sec. <xref ref-type="sec" rid="s5">V</xref>). Nonetheless, hyperpolarization can be achieved experimentally for, e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula>-enriched ensembles, via spin exchange optical pumping, as planned in the upcoming stages of the CASPEr experiment <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>The fully excited state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> has all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins in the high-energy state of the splitting (pointing up). Starting from a hyperpolarized state like <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> state can be produced by applying a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>π</mml:mi></mml:math></inline-formula> pulse, i.e., applying a weak magnetic field oscillating at the Larmor frequency, until the polarization is inverted.</p></list-item><list-item><label>(iii)</label><p>The equatorial coherent spin state (CSS), or “product state,” is defined by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>CSS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <disp-formula id="d22"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>φ</mml:mi><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>CSS</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>φ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(22)</label></disp-formula>In the Dicke basis it can be written as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mfrac linethickness="0ex"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This state serves as the standard benchmark in quantum sensing because of its resemblance to the superradiant state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c63">[63]</xref>. It can be prepared by applying a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> pulse to the ground state.</p></list-item></list></p><p>The preparation of a hyperpolarized ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is critical for all three initial configurations. However, achieving a pure state with near-unity polarization approximating <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> may not always be possible under realistic experimental settings. A more faithful description of the spin ensemble’s initial configuration should therefore be given in terms of a density matrix, shown here in the Dicke basis in a generic form,<fn id="fn8"><label><sup>8</sup></label><p>The complete Dicke basis should in principle include a degeneracy label for each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> state, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> can be found in, e.g., Eq. (5) of Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c66">[66]</xref>, in order to recover the full Hilbert space. For simplicity, however, we have omitted this label, since it does not affect our arguments.</p></fn> <disp-formula id="d23"><mml:math display="block"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(23)</label></disp-formula>The initial polarization of the spin ensemble <italic>prior to the application of any pulse</italic> can then be trivially specified via the expectation value of the collective operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, i.e., <disp-formula id="d24"><mml:math display="block"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(24)</label></disp-formula>which always evaluates to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> if the configuration is not purely the ground (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>) or purely the excited (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>) state.</p><p>We caution however that the definition <xref ref-type="disp-formula" rid="d24">(24)</xref> of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> alone does not completely specify the effect of partial polarization on the spin ensemble. To see this, consider also the expectation values <disp-formula id="d25"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(25)</label></disp-formula>where the upper bounds correspond to the expectations for the ground (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>) and the excited (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>) states. Clearly, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to be suppressed relative to the optimal value we must have admixtures of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> states (i.e., states along the Dicke ladder in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>), while for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to become suboptimal the ensemble must contain <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> states (i.e., states along the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis in the Dicke triangle). Crucially, neither <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> nor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be expressed in general in terms of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> as defined in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d24">(24)</xref>.</p><p>We shall return to the issue of polarization in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6a">VI A</xref>, where we numerically evaluate in the Lindblad equation and connect our solutions with the hyperpolarization protocols and level of polarization achievable in current and future experimental setups.</p></sec></sec><sec id="s4"><label>IV.</label><title>COHERENT OBSERVABLES</title><p>Given an initial state, the Lindblad equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d17">(17)</xref> can be solved to find the evolution of the spin ensemble. Several observables are of interest. The most common first-order observable is the collective magnetization, whose expectation value can be constructed from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and is related to the ensemble’s energy. At second order, relevant observables include <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where the latter represents the squared transverse spin component.</p><p>Exact analytical solutions for these observables generally do not exist. Numerical solutions, on the other hand, can become prohibitive for large values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. We therefore consider first approximate analytical solutions in different limits and under different settings in order to map out the limiting behaviors of the system, before attempting a numerical treatment. We discuss first in this section approximate analytical solutions in the presence of coherent neutrino effects only. Section <xref ref-type="sec" rid="s5">V</xref> considers the effects of non-neutrino “noise” from local interactions. We present numerical solutions including both neutrino-induced coherent and local noise effects in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6">VI</xref>.</p><p>Before we delve into the solutions, we first define two timescales that characterize the evolution of the spin ensemble in the presence of coherent neutrino interactions. <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>The superradiant timescale, <disp-formula id="d26"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>SR</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>8.7</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>25</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(26)</label></disp-formula>characterizes the timescale for a single collective spin-flip, i.e., the transition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The numerical estimate follows from setting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d6">(6)</xref>.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>The dissipative timescale, <disp-formula id="d27"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">±</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>8.7</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>22</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>25</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(27)</label></disp-formula>is the dynamical timescale of the system, defined as the duration over which an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> change in a collective observable such as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> becomes apparent. This timescale also marks the end of the coherent superradiant regime, and limits the validity of the perturbative solution discussed below. The numerical estimate assumes again <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d6">(6)</xref>.</p></list-item></list></p><sec id="s4a"><label>A.</label><title>Perturbative solution</title><p>Considering the weakness of the neutrino-spin interactions, Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref> proposed a perturbative/iterative solution to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d19">(19)</xref> around the initial state. Assuming only coherent neutrino interactions are present and to linear order in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the solution reads <disp-formula id="d28"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(28)</label></disp-formula>recalling the notation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d15">(15)</xref>, and we have again omitted the collective dephasing term.</p><p>In this perturbative limit, the evolution of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> for an ensemble initially prepared in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> state is given by <disp-formula id="d29"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(29)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>. As already noted in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> benefits from an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> enhancement when the ensemble is initialized in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> state. However, this enhancement is partially offset by a suppression arising from the near cancellation between the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> coefficients—typically <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and can be even more strongly suppressed for smaller values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, as illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>.</p><p>In a similar vein, the second-order observables evolve in the perturbative limit according to <disp-formula id="d30"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(30)</label></disp-formula><disp-formula id="d31"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(31)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Note that in the case of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we have assumed the ensemble to be prepared in the ground state: this observable can be advantageous, as it captures the same neutrino-induced signal as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (for the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> values considered here, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) but without the need to rotate the spins to the equatorial plane.<fn id="fn9"><label><sup>9</sup></label><p>As pointed out in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c67">[67]</xref>, pulse imperfections can lead to errors in the manipulation of the collective spin.</p></fn> It is also a quantity directly accessed by experiments like CASPEr that measure the transverse magnetization. The perturbative solutions <xref ref-type="disp-formula" rid="d29">(29)</xref>–<xref ref-type="disp-formula" rid="d31">(31)</xref> should remain valid as long as the state of the system does not deviate too much from the initial state. For the states considered in this work, we therefore expect the perturbative solutions to hold up to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, even in the case of the superradiant state.<fn id="fn10"><label><sup>10</sup></label><p>In the case of the superradiant state, although perturbation theory formally breaks down at times <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>SR</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>, the coherent effect persists up to the dissipation timescale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, i.e., until the system has evolved significantly away from the initial state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This suggests that, even though the perturbative solution no longer accurately describes the full density matrix, it can still capture the expectation values of the relevant observables within <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></fn></p><p>Inspecting the solutions <xref ref-type="disp-formula" rid="d29">(29)</xref>–<xref ref-type="disp-formula" rid="d31">(31)</xref>, we note first of all that the well-known momentum-transfer condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> is not, by itself, sufficient to guarantee a coherent effect. One must also select an observable suited to the given initial state. For a first-order observable, measuring <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> is advantageous when starting from the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> state, as the quantum states before and after scattering are not fully orthogonal. This requirement was already emphasized in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>. Nevertheless, coherence can also build up dynamically through the action of collective neutrino-spin interactions, even if the initial state has no transverse coherence at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, such as in the ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This is evident from Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d30">(30)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d31">(31)</xref>, where we have shown that measuring <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> produces the same coherent effect as measuring <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>Second, while Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d29">(29)</xref>–<xref ref-type="disp-formula" rid="d31">(31)</xref> clearly demonstrate that both the first- and second-order observables benefit from an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> enhancement, to assess the degree of observability we need also to consider the intrinsic quantum noise of the states as quantified by the variance of the observable. For the first-order observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the variance is <disp-formula id="d32"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(32)</label></disp-formula>where we have supplied at the second equality the perturbative expression. The first, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> term in the second line is commonly known as the spin projection noise (SPN), and represents (uncorrelated) noise in the initial state. Figure <xref ref-type="fig" rid="f3">3</xref> displays the perturbative solution for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> alongside its numerical solution (see Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6a">VI A</xref>) and illustrates that deviations from the SPN value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> emerge around the dissipative timescale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Therefore, at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the signal and noise scale as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, respectively, leading to a highly favorable signal-to-noise ratio scaling of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p><fig id="f3"><object-id>3</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f3</object-id><label>FIG. 3.</label><caption><p>Time evolution of the standard deviation of the first order observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, as defined in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d32">(32)</xref>, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>8</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.997</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The perturbative solution is taken from the approximation in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d32">(32)</xref>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, whereas the numerical solution is obtained with the second-order approximation method, introduced in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6a">VI A</xref>. We highlight the departure from the spin projection noise at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the breakdown of the perturbative solution at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_3.eps"/></fig><p>On the other hand, at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the second-order observables <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> have an intrinsic variance of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, such that the signal-to-noise ratio scales as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Thus, while higher-order observables may appear at first glance to contain more information, they do not necessarily imply an improvement in sensitivity to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> signal unless the intrinsic noise of the observable can be reduced, for instance, through squeezing <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>. Thus, we expect the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> observable to yield the best constraint on the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity because of its favorable scaling with the number of spins.</p></sec><sec id="s4b"><label>B.</label><title>Steady-state solution</title><p>At <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we expect the ensemble to reach a steady state characterized by saturation of the observable. This steady state is not captured by the perturbative solution <xref ref-type="disp-formula" rid="d29">(29)</xref>–<xref ref-type="disp-formula" rid="d31">(31)</xref>, but can be found by solving the Lindblad equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d19">(19)</xref> in the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>˙</mml:mo></mml:mover><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Writing the density matrix in the Dicke basis as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> and assuming the stationary solution to be unique (i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>), a recursive relation for the diagonal elements <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> can be obtained, <disp-formula id="d33"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(33)</label></disp-formula>for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d33">(33)</xref> is effectively a linear equation for the entries of the diagonal with a tridiagonal matrix, which can be solved iteratively for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, from which we can compute the steady-state values of the observables via <disp-formula id="d34"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>m</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(34)</label></disp-formula>Note that, since we consider only coherent neutrino interactions, the final state of the spin ensemble implied by Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d33">(33)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d34">(34)</xref> is not a thermal equilibrium state one would generically expect the system to tend to: for this to happen local interactions are required, to be discussed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s5">V</xref>.</p><p>Figure <xref ref-type="fig" rid="f4">4</xref> shows the late-time values of the normalized collective observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, as a function of the number of spins <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Although not shown here, we also find that the steady-state value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> approaches the ground-state expectation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> around <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> in the large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> limit, following a similar scaling behavior in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. For all observables convergence is reached for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, but at larger values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> in those cases where a near cancellation between excitation and deexcitation, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, exists.</p><fig id="f4"><object-id>4</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f4</object-id><label>FIG. 4.</label><caption><p>Steady-state scaling of the collective expectation value <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as a function of the number of spins <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>, in the presence of neutrino collective interactions only. The nine curves shown here correspond to different values of the dissipation ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> as indicated by the color scale. For a given <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the observable exhibits convergence at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, with the convergence point shifting to larger values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> moves closer to unity.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_4.eps"/></fig></sec></sec><sec id="s5"><label>V.</label><title>LOCAL NOISE EFFECTS</title><p>Our analysis so far has focused exclusively on the coherent interaction between the spin ensemble and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Realistic experimental setups, however, are inevitably subject to other, non-neutrino environmental interactions that relax the system, i.e., drive it to a state of thermal equilibrium, by locally exciting or deexciting the spins, as well as locally dephasing the spin precessions. Among these, local dephasing plays a particularly important role.</p><p>This form of noise originates from random, uncorrelated fluctuations acting independently on each spin, due to, e.g., spin-spin interactions and magnetic field fluctuations, and, phenomenologically, can be described by the operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> labels the individual spin. As illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>, the key feature of local dephasing is that it acts incoherently and forces the system to move into lower-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> sectors where collective effects such as superradiance are suppressed or entirely lost. The relevant timescale is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which is easily much shorter than the dissipative timescale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d27">(27)</xref>. Consequently, local dephasing can wash out coherent signatures induced by the neutrino-spin interaction, effectively setting a limit on the observable impact of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p><p>In a purely phenomenological approach, let us assume that relaxation is dominated by local (single-particle) effects, i.e., we do not model spin-spin interactions. This simplification allows us to “repurpose” the Lindblad equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d20">(20)</xref> in the incoherent regime to model the relaxation characteristics of a realistic experimental sample. Identifying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d20">(20)</xref> with the local dephasing rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and the rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> with the local emission and absorption rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, we can tune <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to match the experimental longitudinal and transverse relaxation times, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and the final equilibrium state.</p><p>Explicitly, starting from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d20">(20)</xref>, we take the trace <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, on both sides of the equation, in order to obtain an evolution equation for the collective magnetization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>th direction, <disp-formula id="d35"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(35)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are single-spin operators, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is a single-spin density matrix. Solving this equation analytically, we find for the longitudinal magnetization <disp-formula id="d36"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>eq</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>eq</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(36)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> for the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> state, respectively. The longitudinal magnetization tends to an equilibrium value of <disp-formula id="d37"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>eq</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(37)</label></disp-formula>at a rate that can be matched to the longitudinal relaxation time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> via <disp-formula id="d38"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(38)</label></disp-formula>Similarly, starting from the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> state, we find the magnetization in the transverse direction to be <disp-formula id="d39"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(39)</label></disp-formula>yielding a match <disp-formula id="d40"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math><label>(40)</label></disp-formula>to the transverse relaxation time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>Observe in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d37">(37)</xref> that the equilibrium magnetization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mi>eq</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> depends only on the ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. This is a consequence of the detailed balance condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, which ensures that the ensemble approaches the well-known thermal steady state <disp-formula id="d41"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>eq</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(41)</label></disp-formula>as long as all interaction channels couple the system to a thermal reservoir at the same temperature <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d41">(41)</xref> also highlights the inherent difficulty in achieving a strong initial polarization: even under cryogenic temperatures and extremely large magnetic fields, the polarization remains small. Reinstating all physical constants, the thermal polarization takes the form <disp-formula id="d42"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>tanh</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ℏ</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ℏ</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(42)</label></disp-formula>where the numerical estimate assumes the gyromagnetic ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>γ</mml:mi></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei. At <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, this estimate demonstrates that thermal polarization alone does not suffice to reach the strongly polarized regime, necessitating the use of advanced techniques to hyperpolarize the spin ensemble.</p><p>As established in Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d38">(38)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d40">(40)</xref>, the local relaxation times, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, depend on the absolute values of the local rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. In typical solid-state NMR systems, the longitudinal relaxation timescale is much larger than the transverse relaxation timescale, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This implies <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and the transverse relaxation time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is well-approximated by the effective dephasing time set by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.<fn id="fn11"><label><sup>11</sup></label><p>In standard NMR terminology, the experimentally observed dephasing time is denoted <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and includes contributions from magnetic field inhomogeneities and chemical shifts. In contrast, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> refers to the intrinsic dephasing time due to dipolar spin-spin interactions, and typically satisfies <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. For our purposes, we do not distinguish between <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, but adopt the convention <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which we always use to refer to the actual (measured) dephasing time.</p></fn> Note however that in a generic (i.e., not specific to solid state) NMR setup, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be as small as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In what follows, we model the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> rates according to the ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, with the additional stipulation that the ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> should reproduce the equilibrium magnetization achievable at cryogenic temperatures.</p></sec><sec id="s6"><label>VI.</label><title>NUMERICAL SOLUTIONS</title><p>Having discussed both coherent neutrino and incoherent local effects, we are now in a position to explore a more complete, numerical solution of a master equation that accounts for both effects. The strong separation of timescales established above, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, implies that coherent effects such as those induced by neutrino-spin interactions are primarily limited by local dephasing. However, because our observable of interest, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, experiences longitudinal relaxation, we must also account for the effects of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, particularly on the correlations of the signal between different times. Therefore, a minimum master equation that should capture the essential behaviors of the system would read <disp-formula id="d43"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(43)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Lindblad superoperator of this system, and we remind the reader that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>induced</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> excitation and deexcitation rates, while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the local absorption/emission and dephasing rates.</p><p>Given Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref> and assuming the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>induced</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> excitation and deexcitation rates are tunable by an overdensity factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, i.e.,<fn id="fn12"><label><sup>12</sup></label><p>The overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is strictly speaking not an independent parameter, in the sense that other characteristics of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> must also change when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is varied. For example, enhancement of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> due to local gravitational clustering generally results in a larger typical momentum <xref ref-type="bibr" rid="c3">[3]</xref>. For excessively large values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>11</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, such as the current KATRIN <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> limit <xref ref-type="bibr" rid="c34">[34]</xref>), physically consistent modeling can in fact lead to a signal that is completely different from the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> case <xref ref-type="bibr" rid="c68">[68]</xref>. We nonetheless adopt the definition <xref ref-type="disp-formula" rid="d44">(44)</xref>, first in order to facilitate comparison with constraints and forecasted sensitivities in the literature that have been derived under similar assumptions. Second, for extremely large values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, there is also no model-independent way to consistently relate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> to other <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> properties. Consequently, the interpretation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> must be limited to a mere characterization of how away an experimental technique is from achieving detection, rather than a necessarily physically meaningful measure of the local <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity.</p></fn> <disp-formula id="d44"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>SM</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(44)</label></disp-formula>we can now identify three distinct dynamical regimes defined by the competition between collective neutrino-induced interactions and local dephasing, in the limit where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p><italic>Coherence-dominated regime:</italic> When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, coherent effects dominate even at the single-spin level, keeping the dynamics well confined to the symmetric subspace. The system exhibits collective behaviors with enhancement scaling as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, providing optimal conditions for signal-to-noise amplification. This regime is depicted in blue in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f5">5</xref> and is unattainable in realistic experiments under realistic dephasing, unless <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is very large.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p><italic>Intermediate regime:</italic> In the case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, but <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is still maintained, individual spins are dominated by local dephasing. Yet collective effects are stronger in the global dynamics. Thus, collective effects remain observable, even while symmetry is partially broken by local noise. This regime is depicted in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f5">5</xref> in green, highlighting a complete suppression of the coherent signal only at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The intermediate regime is also the most relevant experimentally for detecting weak collective signatures under realistic dephasing, although an enhanced <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> will still be necessary.</p></list-item><list-item><label>(iii)</label><p><italic>Dephasing-dominated regime:</italic> When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, incoherent processes dominate over the collective interaction. In this regime, the system rapidly departs from the symmetric subspace, the signal-to-noise ratio saturates well below unity, and sensitivity to the neutrino–spin interaction is effectively lost. This region, shown in orange in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f5">5</xref>, corresponds to the case of a standard <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the generic expectation.</p></list-item></list></p><fig id="f5"><object-id>5</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f5</object-id><label>FIG. 5.</label><caption><p>Time evolution of collective spin variance <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. We highlight three distinct regimes: (i) coherence-dominated (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>), where collective dynamics are preserved; (ii) intermediate (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, but <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>), where partial coherence remains; and (iii) dephasing-dominated (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mi>loc</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>), where local noise suppresses collectivity. Time is scaled by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and the spin variance is shown in units of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_5.eps"/></fig><p>In the following, we first solve Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref> in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6a">VI A</xref> numerically by way of an efficient method that tracks explicitly the observables of interest: we call it the “second-order approximation” because of a truncation that needs to be applied at second order. This is to be compared to a complete numerical solution for the full density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, whose details can be found in Appendix <xref ref-type="app" rid="app6">F</xref>. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6b">VI B</xref> we apply the same method to investigate the evolution of the two-time correlation functions under Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref>, which will be used later in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s7">VII</xref> to form the covariance matrix that quantifies the theoretical uncertainties in the observables.</p><sec id="s6a"><label>A.</label><title>Second-order approximation</title><p>While it is possible to numerically solve the Lindblad master equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref> at the level of the density matrix for a system of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins, it can quickly become impractical or even intractable for values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> larger than about 100 (see Appendix <xref ref-type="app" rid="app6">F</xref>). Rather than dealing with the full density matrix, then, we shift the focus to tracking just a handful physically meaningful quantities.</p><p>Specifically, as was done in, e.g., Refs. <xref ref-type="bibr" rid="c66 c69">[66,69]</xref>, for the case of Dicke superradiance and also touched upon in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s5">V</xref>, we construct differential equations from the master equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref> directly for the expectation values of the relevant observables, namely, the collective magnetization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This is akin to tracking the moments of a continuous system, which is widely used in many different fields. However, differential equations thus constructed generally do not form a closed system, in the sense that the equation of motion for, e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> depends on a higher moment <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, whose own equation of motion depends in turn on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and so on, giving rise an infinite hierarchy of coupled equations. To solve the system, therefore, one needs to truncate the hierarchy at a chosen order <xref ref-type="bibr" rid="c66">[66]</xref>.</p><p>Here, we opt to truncate the hierarchy at second-order. For the observables <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, this means we adopt the closure conditions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to arrive at <xref ref-type="bibr" rid="c66">[66]</xref> <disp-formula id="d45"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>±</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(45)</label></disp-formula>Note that our closure conditions are by no means unique and other choices exist. For example, closure can be achieved alternatively by demanding that all cumulants (i.e., connected pieces of the moments) vanish at third order and above, e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the connected piece to be set to zero. We observe however that all closure-dependent terms in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> are proportional to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and vanish in the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Indeed, given the small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> in our scenario, we have verified that adopting a different closure condition (e.g., the cumulant truncation scheme mentioned above) has no discernible impact on our numerical solutions within in the time range of interest (i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>) even for extremely large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> values.</p><sec id="s6a1"><label>1.</label><title>Initial conditions including partial polarization</title><p>As discussed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3b">III B</xref>, in experimental settings spin ensembles are prepared in a hyperpolarized configuration that approximates the ground state and, if need be, rotated to the desired orientation by applying an appropriate pulse. Common hyperpolarization protocols such as spin-exchange optical pumping achieve close-to-unit polarization by way of spin excitation and deexcitation processes that can be modeled as local interactions. See Appendix <xref ref-type="app" rid="app7">G</xref> for details. Thus, in order to establish the initial conditions of a partially polarized spin ensemble prepared in the aforementioned manner, we can simply take Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> assuming only the local rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are nonzero, reinterpret these rates as the excitation and deexcitation rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mtext>hyper</mml:mtext></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of the hyperpolarization technique in use, and compute the corresponding steady-state solutions for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>These solutions then serve as initial conditions for the partially polarized “ground state,” which read <disp-formula id="d46"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(46)</label></disp-formula>where we have used <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <disp-formula id="d47"><mml:math display="block"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mtext>hyper</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mtext>hyper</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mtext>hyper</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mtext>hyper</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math><label>(47)</label></disp-formula>is the initial polarization of the ensemble expressed in terms of the rates of the hyperpolarization method. See also Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d37">(37)</xref>. If on the other hand we wish to initialize in a product statelike configuration, a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> rotation of the coordinates should be applied to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d46">(46)</xref> to get <disp-formula id="d48"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(48)</label></disp-formula>while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> remains the same under rotation. Then, together, Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d46">(46)</xref> or <xref ref-type="disp-formula" rid="d48">(48)</xref> form a closed set of equations that completely determine <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>To obtain approximate numerical solutions for the transverse observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, we supplement the differential equations <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> with an additional equation of motion for the non-Hermitian variables <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, i.e., <disp-formula id="d49"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∓</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(49)</label></disp-formula>where we have applied the closure conditions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Here, we are interested in a spin ensemble initially prepared in the ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, such that the initial conditions are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Then, a solution for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be constructed from <disp-formula id="d50"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(50)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> are solutions of Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d49">(49)</xref>.</p><p>Figures <xref ref-type="fig" rid="f6 f7 f8">6–8</xref> show the numerical solutions obtained from the above equations of motion under different settings, which we discuss in more detail below.</p><fig id="f6"><object-id>6</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f6</object-id><label>FIG. 6.</label><caption><p>Time evolution of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> from the initial state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, in the presence of neutrino collective interaction only, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.95</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The solid blue, green, and gray lines denote our numerical solutions of the Lindblad equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref> using the second-order approximation <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>22</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. In the case of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> (blue and green), the second-order solutions are compared with the full density matrix solutions displayed in long-dashed lines of the same colors, and show excellent agreement. The perturbative solution <xref ref-type="disp-formula" rid="d29">(29)</xref>, represented here by the red short-dashed line, reproduces the large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> numerical solution well at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_6.eps"/></fig></sec><sec id="s6a2"><label>2.</label><title>The ideal case: No local noise and perfect polarization</title><p>We consider first the case in which there is no local noise and the polarization of the initial state is perfect, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Figure <xref ref-type="fig" rid="f6">6</xref> shows the solutions for the collective observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> under these settings for several choices of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. These are contrasted with numerical solutions of the full density matrix for those choices of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> values where a full numerical solution is tractable. Details of the full density matrix solution can be found in Appendix <xref ref-type="app" rid="app6">F</xref>.</p><p>Remarkably, where the full density matrix solution can be found, the second-order solution is in excellent agreement with it at all times. This agreement follows from the small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> of our system, where, as discussed above, the hierarchy of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> becomes exact and independent of the truncation scheme in the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and indicates that the second-order method is indeed a reliable way to obtain predictions for the collective observables. Importantly, the method remains valid for arbitrarily large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> values—<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>22</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> in this figure—at no additional cost in terms of computational runtime or memory relative to the small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> case. In contrast, the computational cost of numerically solving the full density matrix scales as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and becomes prohibitively expensive even on modern computers when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. For completeness, we also show in the same figure the perturbative solution <xref ref-type="disp-formula" rid="d29">(29)</xref>. Evidently, our numerical solutions are well approximated by the perturbative solution at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, especially for large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> values.</p></sec><sec id="s6a3"><label>3.</label><title>With local noise and partial polarization</title><p>Having established that the second-order method is reliable, we now use it to investigate more realistic cases in which local noise is present and the polarization of the initial state may only be partial.</p><p>Figure <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref> illustrates the impact of nonzero dephasing on the observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> for a large system size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> (red curve). As shown, dephasing suppresses the growth of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> at late times. In this example, the suppression begins around the dissipative timescale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> due to our specific choice of local dephasing rate, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Different choices for this rate would lead to alternative behaviors, as previously demonstrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f5">5</xref>. While dephasing does not directly alter the dynamics of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, it inhibits the coherent dissipation mediated by neutrino interactions. This dissipation then drives the system toward its own equilibrium value, given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><fig id="f7"><object-id>7</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f7</object-id><label>FIG. 7.</label><caption><p>Time evolution of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> from the initial state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> in the presence of neutrinos and local interactions. The black curve shows the evolution with neutrinos only, as in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f6">6</xref>. The red curve includes local dephasing effects with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> coincides with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In this case, dephasing suppresses the superradiant neutrino interaction, resulting in a neutrino-induced relaxation characterized by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.99</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The green curve includes both dephasing and relaxation effects specified by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.995</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> (i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>). The latter effect leads to the equilibrium magnetization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>eq</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> defined in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d37">(37)</xref>. Finally, the blue curve represents the evolution of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> in the absence of neutrinos. All solutions have been computed for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> using the second-order approximation.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_7.eps"/></fig><p>Finite <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> effects are introduced via the local emission and absorption rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in the master equation. We select a ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.995</mml:mn></mml:math></inline-formula>, corresponding to an equilibrium polarization of approximately <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>eq</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>—a value achievable at cryogenic temperatures. The strengths of the local relaxation processes are chosen such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is ten times longer than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and we allow this ratio to vary in the forecasting analysis in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s7">VII</xref>. The blue and green curves in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref> show the effects of local relaxation and dephasing, with and without superradiant neutrino interactions, respectively.</p><p>Figure <xref ref-type="fig" rid="f8">8</xref> shows the variance <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the transverse observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Here, in addition to demonstrating the effects of local dephasing, we also show how partial polarization affects the time evolution of the observables. Clearly, in the presence of dephasing, the variance <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> shows minimal growth unless <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In the case of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the polarization requirement is even stronger—<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula>—although, as discussed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s4">IV</xref>, we do not expect this observable to be competitive against <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This result therefore highlights the importance of polarization for the purpose of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> detection. For instance, a liquid methanol-based setup <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>, with a polarization of order <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, is currently insufficient for NMR experiments to target <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> effects. More generally, thermal polarization levels achievable at typical experimental conditions—<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d42">(42)</xref>—remain too low to yield detectable signals. Advanced polarization techniques are thus essential to this venture.</p><fig id="f8"><object-id>8</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f8</object-id><label>FIG. 8.</label><caption><p>Left: time evolution of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> starting from the product state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> (green lines), and from a state with an initial <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula> polarization in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis (blue/red lines), with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.95</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In all cases, we illustrate in dashed lines the impact of local dephasing at a rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Right: similar to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, but for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> starting from the fully polarized ground state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> (blue lines), and from a state with 30% polarization in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis (orange lines). We have set <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.997</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and assumed local dephasing at a rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> for the dashed lines.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_8.eps"/></fig></sec></sec><sec id="s6b"><label>B.</label><title>Two-time correlation functions</title><p>We envisage a future experiment that measures an observable, e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, at a series of time points. To estimate the sensitivity to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter of such an experiment, besides the observable’s variance <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> at each time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we will also need its covariance <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> at two different times. This covariance can be constructed from the two-time correlation function, generally written as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are two operators that act only on the spins.</p><p>Following the quantum regression theorem <xref ref-type="bibr" rid="c70">[70]</xref>, the two-time correlation function can be computed as <disp-formula id="d51"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(51)</label></disp-formula>where the modified density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is defined at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> via <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The evolution of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is governed by the same Lindblad master equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref> used to compute our observables but for a change of the time variable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, i.e., <disp-formula id="d52"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(52)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Lindblad superoperator of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref>. A more detailed discussion about this equation of motion and the construction of two-time correlation functions can be found in Appendix <xref ref-type="app" rid="app8">H</xref>.</p><p>Since our main observable is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we are particularly interested in the two-time correlation function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Following the second-order method of Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6a">VI A</xref>—or, equivalently, using the correspondence between Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="dh8">(H8)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="dh9">(H9)</xref> in Appendix <xref ref-type="app" rid="app8">H</xref>—a hierarchy of differential equations can be constructed from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d52">(52)</xref> to describe its time evolution, namely, <disp-formula id="d53"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>±</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>±</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(53)</label></disp-formula>where we have truncated the hierarchy by approximating <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula>. We also remind the reader that the time variable here is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and the function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> which appears in all three equations above does not evolve with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d53">(53)</xref> can be solved from any time point <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the duration of an experiment, given the “initial conditions” at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. For a spin ensemble originally prepared in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> state, these initial conditions amount at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> to <disp-formula id="d54"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(54)</label></disp-formula>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, on the other hand, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be obtained directly from the solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref>, while we use the same solutions to approximate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>We are particularly interested in the covariance of the observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at different times, i.e., the connected piece of the two-time correlation function, defined as <disp-formula id="d55"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(55)</label></disp-formula>which we will use in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s7">VII</xref> to characterize the theoretical uncertainties in the observable. This connected piece can be obtained from the solutions of Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d53">(53)</xref> for every pair of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. It is however also possible—and instructive—to construct an equation of motion directly for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> from Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d45">(45)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d53">(53)</xref>, which reads <disp-formula id="d56"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(56)</label></disp-formula>Where the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> terms are suppressed relative to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> term, this equation of motion is solved approximately by <disp-formula id="d57"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(57)</label></disp-formula>where we have used <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at the second equality, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> is the usual variance at time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> also defined earlier in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d32">(32)</xref>.</p><p>Figure <xref ref-type="fig" rid="f9">9</xref> shows the time evolution of the two-time correlation function <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, obtained from solving Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d53">(53)</xref>, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In the case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> (dark blue solid line), we see an exponential decay at a characteristic time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, while in the absence of local emission/absorption the correlation decays at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> due to neutrino dissipation alone, confirming the analytical estimate <xref ref-type="disp-formula" rid="d57">(57)</xref>. Observe also that local dephasing effects do not influence the decay in the longitudinal correlation. This is primarily a consequence of the small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in our scenario, which inhibits the effects of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> on the evolution of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Lastly, while Fig. <xref ref-type="fig" rid="f9">9</xref> presents the numerical solutions for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the two-time correlation for other choices of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> exhibits the same decay behavior, as suggested by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d57">(57)</xref>.</p><fig id="f9"><object-id>9</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f9</object-id><label>FIG. 9.</label><caption><p>Time evolution of the covariance of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, i.e., the connected piece of the two-time correlation function, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, defined in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d55">(55)</xref>, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The correlation decays away on a timescale specified by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> as predicted in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d57">(57)</xref>, while the dephasing timescale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> does not play a role. All solutions have been obtained from solving Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d53">(53)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d56">(56)</xref> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. We observe however that they agree with the full density matrix solution at the 0.1% level.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_9.eps"/></fig></sec></sec><sec id="s7"><label>VII.</label><title>FUTURE CONSTRAINTS ON THE <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></title><p>To assess the sensitivity of future experiments to collective effects of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we consider an idealized NMR experiment using polarized <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei, as envisioned in future stages of the CASPEr experiment <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a noble gas isotope with a nuclear spin of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, making it naturally suited to modeling as a spin-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> system. In liquid form xenon has a density of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.94</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, which gives <disp-formula id="d58"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mtext>Xe</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>1.35</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>22</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math><label>(58)</label></disp-formula>as the number density of xenon nuclei given an atomic weight of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mtext>Xe</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>131.29</mml:mn></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c71">[71]</xref>. Assuming 100% isotopic enrichment of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be achieved, we use the same number to approximate the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spin density <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>The gyromagnetic ratio of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is approximately <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>11.8</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>MHz</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which gives a maximum energy splitting of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>5.8</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> for a maximum magnetic field strength of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>max</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:math></inline-formula>. For a fixed neutrino mass, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>induced</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> net interaction rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> generally increases with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, as also shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>. However, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> cannot be made arbitrarily large: for the typical momentum transfer <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the coherence condition must eventually break down when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> reaches <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Then, setting the coherence limit at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>typ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> immediately yields an upper bound on the energy splitting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Thus, in our modeling, the optimal energy splitting is determined by the smaller of the maximum value achievable in the laboratory and the coherence limit, namely, <disp-formula id="d59"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>max</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(59)</label></disp-formula>where we have set <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Assuming the normal hierarchy, this choice of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> gives the largest possible value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, leading to the best sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>As already mentioned in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3b">III B</xref>, the preparation of the ground state, with all spins aligned along the magnetic field direction (i.e., the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>-direction in this work), can be achieved via spin-exchange optical pumping. This technique is commonly used to hyperpolarize noble gases like xenon <xref ref-type="bibr" rid="c72 c73">[72,73]</xref> and can reach polarizations up to 90% <xref ref-type="bibr" rid="c74">[74]</xref>. Notably, hyperpolarized <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exhibits exceptionally long transverse relaxation times, with values estimated to be up to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>1000</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c53 c72">[53,72]</xref>. After the nuclear spin ensemble has attained the desired polarization, a coherent spin (product) state can be prepared by applying a resonant <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> radio-frequency pulse at the Larmor frequency. This effectively rotates the collective spin vector into the equatorial plane (see Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>), thereby allowing us to use the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> observable to constrain collective neutrino effects. Under certain conditions, the longitudinal relaxation time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> can also be long, e.g., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≳</mml:mo></mml:math></inline-formula> hours for solid-state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c75">[75]</xref>. In the following we take <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which corresponds to a value <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>2.8</mml:mn></mml:math></inline-formula> hours for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1000</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, modeled according to Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d38">(38)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d40">(40)</xref>.</p><sec id="s7a"><label>A.</label><title><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> analysis</title><p>To estimate the sensitivity to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we simulate a mock experimental dataset <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> of a fiducial model that does <italic>not</italic> contain the coherent neutrino signal,<fn id="fn13"><label><sup>13</sup></label><p>A precessing transverse magnetization can in principle induce a current in the detection coil and generate a feedback magnetic field that accelerates the decay of the magnetization. This effect is commonly known as radiation damping and may exhibit a collective behavior scaling. In this work, we adopt a fiducial model that does not include such collective background effects, which can be justified under certain conditions <xref ref-type="bibr" rid="c76">[76]</xref>. A full modeling of the experimental environment lies beyond the scope of this study.</p></fn> comprising <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mtext>shots</mml:mtext></mml:msub></mml:math></inline-formula> measurements at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> discrete time points sampled from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The sampling frequency is fixed to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>14.3</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>kHz</mml:mi></mml:math></inline-formula>, in line with the most recent CASPEr setup <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>. Then, assuming the likelihood function (i.e., probability of data given a theory) to be Gaussian, we can define a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>-statistics via <disp-formula id="d60"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mtext>shots</mml:mtext></mml:msub><mml:munderover><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(60)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the covariance matrix to be defined below, and <disp-formula id="d61"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math><label>(61)</label></disp-formula>is theoretical prediction minus the mock data at time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>The theoretical prediction <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>includes</italic> neutrino effects tuned by the overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. To ensure consistency, we take <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> from the numerical solutions of Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6">VI</xref>, with the time variable rescaled by a factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> to account for partial coherence in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> regime (note that the local rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> must also be simultaneously rescaled by the same factor in order to preserve their effects). For the mock data <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, on the other hand, we assume for simplicity that they coincide with the expectation value <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> under the fiducial model (i.e., <italic>without</italic> neutrino effects), as given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d36">(36)</xref> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>0.026</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.995</mml:mn></mml:math></inline-formula> (i.e., blue line in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref>).</p><p>The covariance matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by <disp-formula id="d62"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>th</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(62)</label></disp-formula>and includes contributions from the total instrumental noise <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, as well as the theoretical covariance of the model including neutrinos, <disp-formula id="d63"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>th</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" width="auto"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math><label>(63)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the theoretical variance of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and we have used the approximation <xref ref-type="disp-formula" rid="d57">(57)</xref> for the two-time correlation functions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in the off-diagonal (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>) entries. Again, we take <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> from the numerical solutions of Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6">VI</xref>, with a rescaling factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> applied to the time scale and the local rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.</p><p>The total instrumental noise, which we refer to as “SQUID noise,” includes intrinsic SQUID contributions, thermal (Johnson-Nyquist) noise from the input circuit, as well as other noise sources originating from, e.g., the readout strategy. These noises are assumed to be random, uncorrelated between independent measurements, and uncorrelated with the signal. We model their total variance as <disp-formula id="d64"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(64)</label></disp-formula>so that the ratio <disp-formula id="d65"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SPN</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:math><label>(65)</label></disp-formula>quantifies the ratio of instrumental noise relative to the spin projection noise. The SQUID and SPN power spectral densities, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SPIN</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, are specific to the experimental setup. For the CASPEr experiment <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>, we estimate that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>85</mml:mn></mml:math></inline-formula>.<fn id="fn14"><label><sup>14</sup></label><p>Using the specifications given in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>, we estimate that at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>MHz</mml:mi></mml:math></inline-formula> (corresponding to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), the SQUID spectral density is approximately independent of frequency and takes on the value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>Hz</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The SPN power is on the other hand <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SPN</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>1.2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>14</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>Hz</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Combining these numbers per Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d65">(65)</xref> yields <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>85</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></fn> In the following analysis, however, we shall retain <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as a free parameter.</p></sec><sec id="s7b"><label>B.</label><title>Forecasted constraints</title><p>By construction, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d60">(60)</xref> is automatically zero when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Then, to determine an upper limit on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> we simply need to find the smallest value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> that satisfies <disp-formula id="d66"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(66)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.71</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3.84</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> corresponds to a 90% (95%) confidence level for one degree of freedom.</p><p>We consider first the best possible constraint on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This can be achieved by assuming perfect polarization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and an optimal splitting energy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> as defined in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d59">(59)</xref>. In this idealized scenario, we find that a 10 cm-radius spherical sample of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> nuclei would be able to constrain the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity at <disp-formula id="d67"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mn>1.7</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mn>90</mml:mn><mml:mo>%</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>CL</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(67)</label></disp-formula>for the normally ordered <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∑</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> benchmark scenario. The limit assumes a coherence time of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mtext>shots</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> along the lines of Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>, and is comparable to the estimated sensitivity quoted therein (which assumes hydrogen spins) within an order of magnitude. At face value, such an optimistic sensitivity appears uncompetitive against the current KATRIN limit on the neutrino overdensity of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>11</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> for the benchmark scenario (but may be marginally better for a small range of neutrino masses, depending on the ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>; see Fig. <xref ref-type="fig" rid="f10">10</xref>). Note however that this conclusion may change if the system achieves at least an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> value in squeezing <xref ref-type="bibr" rid="c76">[76]</xref>.</p><fig id="f10"><object-id>10</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f10</object-id><label>FIG. 10.</label><caption><p>Projected sensitivity to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as a function of the lightest neutrino mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, assuming normal ordering. The two blue solid lines correspond to realistic experimental setups planned by the CASPEr experiment <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>, with partial polarizations <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, a sample radius <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>, a SQUID noise-to-SPN ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the fiducial value <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The blue dashed lines represent the sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> of an idealized spin-projection-noise-limited experiment, working at the standard quantum limit, with perfect initial polarization (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) using a 10 cm-radius spherical sample of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, for several choices of the ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In all cases we assume an effective coherence time of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mtext>shots</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> repeated measurements, and an optimal energy splitting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> according to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d59">(59)</xref> for all values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. All exclusion projections have been derived at 90% confidence level. We additionally show the regions excluded by the 90% CL KATRIN bounds on the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity <xref ref-type="bibr" rid="c34">[34]</xref> (horizontal gray region) and the neutrino mass <xref ref-type="bibr" rid="c35">[35]</xref> (vertical gray region).</p></caption><graphic xlink:href="e043061_10.eps"/></fig><p>Realistic NMR experiments face even more limitations: imperfect initial polarization, smaller sample volumes, and instrumental noise. Assuming an experimental setup likely to be realized by CASPEr—instrumental-noise-limited and using a smaller sample volume of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cm</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>—the sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> reduces significantly to <disp-formula id="d68"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mtext>CASPEr</mml:mtext></mml:msubsup><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mn>5.3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>13</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(68)</label></disp-formula>at 90% confidence level, again for the normally ordered <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∑</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.15</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> benchmark.</p><p>Figure <xref ref-type="fig" rid="f10">10</xref> shows the dependence of the projected <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> sensitivities on the lightest neutrino mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, assuming normal ordering. From <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> up to the KATRIN neutrino mass limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0.45</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c35">[35]</xref>, future setups following the specifications of CASPEr will be able to set limits of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>12</mml:mn></mml:msup><mml:mi>–</mml:mi><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>14</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, depending on the SQUID noise floor and provided that the initial sample polarization reaches <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> values. Because the sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> increases with neutrino mass for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>, our forecasted CASPEr constraints are generally better than the benchmark value <xref ref-type="disp-formula" rid="d68">(68)</xref> for larger neutrino masses.</p><p>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the mass dependence in the rates is lost, and the sensitivities to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> asymptote to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>13</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. On the other hand, while the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> dependence also drops out in the optimistic (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>) constraint at very small masses, we still observe a somewhat favorable scaling in the range <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This arises because, for a larger sample size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the optimal energy splitting can be tuned to higher values and only reaches the ceiling imposed by the maximum magnetic field <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>max</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> at around <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The effect of this ceiling can be clearly discerned in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f10">10</xref>, where the optimistic sensitivity plateaus at a value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>10</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>We display in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f11">11</xref> the parametric dependence of the experimental sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> on the system size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the transverse coherence time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the SQUID-noise-dominate regime (i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>). As can be seen, when the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> is satisfied, the system is in the fully coherent regime, where the interaction rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> scale as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Taking into account the scaling of the total uncertainty, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, this leads to a scaling of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> sensitivity. This behavior applies to both a fixed energy splitting and the optimal case, since the optimal splitting here is effectively constant and determined by the maximum magnetic field achievable in the experiment. As the radius increases, coherence is eventually lost around <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> except in the forward direction, resulting in a reduced interaction rate that scales as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> and hence a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> constraint scaling of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. This scaling remains the same even at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the case of a fixed energy splitting.</p><fig id="f11"><object-id>11</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f11</object-id><label>FIG. 11.</label><caption><p>Parametric dependence of the experimental sensitivity to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Left: dependence on the spin ensemble radius <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Here, we illustrate that, despite a weaker scaling at large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>, choosing the optimal energy splitting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, as given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d59">(59)</xref> for a fixed radius <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>, yields a better sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> than choosing a fixed splitting with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:math></inline-formula>. See the main text for a detailed explanation of the scaling behaviors with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Right: dependence on the transverse coherence time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, for both a quantum-limited experiment and a SQUID-noise-dominated experiment with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_11.eps"/></fig><p>In the case of optimal splitting, however, a change in the scaling behavior occurs around <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> spins. This transition arises because, at these radii, values of the magnetic field required to tune <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>γ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>max</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> to the optimal value <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are achievable experimentally. As such, the energy splitting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> becomes dependent on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which leads the net rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> itself to directly scale with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> at the optimal <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Combined with the loss of coherence at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the collective net interaction rate here scales as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Consequently, the sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> scales as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> in this regime. Note that, had we used a different target material with a different gyromagnetic ratio, the transition in the scaling behavior would occur at a different value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>In the right panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f11">11</xref>, we present the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> scalings. In the standard quantum-limited scenario, where SQUID noise can be suppressed, the sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> scales as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. For a fixed total integration time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, this is equivalent to the standard sensitivity scaling of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. In contrast, when uncorrelated SQUID noise dominates the uncertainties, we observe a more favorable scaling of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. In the case of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we find a scaling of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Scaling with other parameters can be straightforwardly deduced from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d60">(60)</xref>. Combining all information, we find that the sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the SQUID-noise-dominated regime scales as <disp-formula id="d69"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mtext>shots</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SQUID</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(69)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> dependence from Fig. <xref ref-type="fig" rid="f11">11</xref>, which can be parametrized as <disp-formula id="d70"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo minsize="10ex" stretchy="true">{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left left" width="auto"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Xe</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>⋆</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(70)</label></disp-formula>This shows, as expected, that the sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> improves for larger sample sizes and higher spin densities, as well as longer coherence and measurement times. The sensitivity is, however, expected to degrade quadratically with imperfect polarization and is further limited by instrumental noise.</p><p>Finally, it is worth mentioning that one could also constrain <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> using the second-order observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. While this observable has the advantage of probing a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>induced</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> signal without requiring spin rotation into the equatorial plane, its signal-to-noise ratio scales as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as pointed out in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s4">IV</xref>. As a result, it provides a weaker sensitivity to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> compared to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for spin ensembles with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>tot</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>6</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Indeed, even in the optimistic <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula> scenario, the sensitivity of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to the CMB overdensity is only <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≳</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>20</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, about ten orders of magnitude weaker than what can be achieved with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></sec></sec><sec id="s8"><label>VIII.</label><title>CONCLUSIONS</title><p>We have investigated in this work the dynamics of large spin ensembles interacting with the cosmic neutrino background, with a particular focus on identifying the conditions under which coherent collective effects—scaling as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of spins—can amplify the signal from an otherwise extremely weak neutrino-spin coupling. Such collective neutrino-spin interactions are expected to contribute to dissipating a spin ensemble and can potentially be exploited as a competitive way to set limits on the local <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity, as first put forward in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>.</p><p>After briefly reviewing the interaction rates of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with a system of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> two-level systems (e.g., spin-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> particles) and the Lindblad master equation in the open quantum system framework, we reproduced the perturbative solutions presented in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>, valid when the spin ensemble has not deviated too much from its initial state. We then extend the analysis by considering steady-state analytical solutions as well as numerical simulations of the Lindblad master equation for different initial spin configurations. Notably, our numerical simulations account for realistic noise sources that can degrade the collective <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> signal, such as local dephasing as well as imperfect initial spin polarization. We make use of the Dicke basis—illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>—to facilitate this analysis, which provides an intuitive representation of how collective and local interactions influence the spin ensemble’s evolution under the Lindblad master equation.</p><p>We have furthermore presented a fast and computationally inexpensive method to derive approximate numerical solution from the Lindblad equation. Specifically, the method solves directly for the observables and correlation functions of interest while capturing both coherent neutrino effects and local interactions, and is able to reproduce the full density matrix solution to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula> accuracy. This fast method enables us to use statistical inference methods to forecast the sensitivity of future NMR experiments to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity, while incorporating the complete quantum evolution of the spin ensemble.</p><p>Considering the projected experimental specifications of the forthcoming CASPEr experiment <xref ref-type="bibr" rid="c51 c52 c53">[51–53]</xref> and nuclear-spin-based experiments more generally, we compute future experimental sensitivities to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> using a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> analysis. We find that achievable near-future setups along the lines of CASPEr could constrain the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity parameter at the level of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>13</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> for neutrino masses currently within the KATRIN neutrino mass bound <xref ref-type="bibr" rid="c35">[35]</xref>, with larger masses yielding a more favorable sensitivity. Notably, in addition to the scaling with the sample volume and the obvious dependence on instrumental noise, we find that the initial polarization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the spin ensemble plays a prominent role in our projected sensitivities: scaling as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, a competitive constraint requires at least <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This requirement also means that thermal polarization levels achievable at typical experimental conditions—<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> T—are not suited to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> detection. Advanced polarization techniques are needed to reach the desired <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>≳</mml:mo><mml:mn>0.25</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p><p>In optimistic experimental scenarios—with a sample size up to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and 100% polarization—the constraint may improve to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>11</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> for a small range of neutrino mass values. This number is largely consistent with the estimate of Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c42">[42]</xref>, and also at face value comparable to the current KATRIN limit on the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> overdensity <xref ref-type="bibr" rid="c34">[34]</xref>.</p><p>Our results indicate that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> direct detection is likely beyond the reach of current NMR technology, even in the most optimistic scenario. Indeed, even meeting the “realistic” projected <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> constraints represent significant experimental challenges. We emphasize however much effort is currently being devoted to overcoming these challenges—in the case of CASPEr, in the context of dark matter axion searches. Should the desired experimental configurations materialize, we have shown that, by means of a pulsed-NMR measurement such as performed recently in <xref ref-type="bibr" rid="c53">[53]</xref>, the potential exists for such axion searches to simultaneously set potentially competitive constraints on the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for free. Constraining the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with nuclear spin experiments therefore remains an attractive possibility.</p></sec></body><back><ack><title>ACKNOWLEDGMENTS</title><p>We thank Caterina Braggio, Giovanni Carugno, Jan Hamann, Alex Sushkov, and Oleg Sushkov for enlightening discussions, and Marios Galanis for insightful comments on the manuscript. Y. G., G. P., and Y. Y. Y. W. are supported by the Australian Research Council’s Discovery Project (DP240103130) scheme.</p></ack><sec sec-type="data-availability"><title>DATA AVAILABILITY</title><p>The data that support the findings of this article are openly available at <xref ref-type="bibr" rid="c77">[77]</xref>.</p></sec><app-group><app id="app1"><label>APPENDIX A:</label><title>LOW ENERGY NONRELATIVISTIC SPIN HAMILTONIAN</title><p>We outline the derivation of the nonrelativistic Hamiltonian for the neutrino-fermion spin interaction. We begin with the Lagrangian for a fermion <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the presence of an external electromagnetic 4-potential <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and a 4-fermi interaction with a neutrino <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the mass basis, <disp-formula id="da1"><mml:math display="block"><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:menclose notation="updiagonalstrike" other="updiag1"><mml:mo>∂</mml:mo></mml:menclose><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(A1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> label the neutrino mass eigenstate, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the electric charge of the fermion. The corresponding equation of motion is <disp-formula id="da2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A2)</label></disp-formula>or, equivalently, <disp-formula id="da3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A3)</label></disp-formula>where we have used <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mo>∇</mml:mo><mml:mo stretchy="true">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and defined <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>We write the fermion spinor in 2-component notation, <disp-formula id="da4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A4)</label></disp-formula>such that in the nonrelativistic limit, we can make the <italic>ansatz</italic> <disp-formula id="da5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A5)</label></disp-formula>which yields the solution <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>χ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the mass of the fermion. Substituting this solution back into the equation of motion <xref ref-type="disp-formula" rid="da3">(A3)</xref> in 2-component form, we find a Schrödinger-Pauli-like equation with additional neutrino-fermion interaction terms, <disp-formula id="da6"><mml:math display="block"><mml:malignmark/><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(A6)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mo>∇</mml:mo><mml:mo stretchy="true">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>×</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is the external magnetic field, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>E</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the energy.</p><p>In the form <xref ref-type="disp-formula" rid="da6">(A6)</xref>, the total Hamiltonian can be immediately identified with the terms in parentheses on the left-hand side of the equation. We concentrate exclusively on the spin interaction of the fermion with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Assuming the fermion (spin) is at rest, this interaction is described by the spin Hamiltonian, <disp-formula id="da7"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(A7)</label></disp-formula>where we have used <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the magnetic moment is defined as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. Although this result has been obtained assuming a charged fermion, an analogous spin-magnetic field interaction is also present for neutral particles like the neutron or nuclei. Here, the interaction of a magnetic field with the magnetic moment due to the particle’s internal structure can be described by an effective Lagrangian of the form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>ψ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In the nonrelativistic limit, this interaction term also reduces to a Hamiltonian of the form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. For nuclei, the convention is to define <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula>-factor of the nucleus under consideration, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the nuclear magneton.</p><p>Supposing without any loss of generality that the magnetic field points along the negative <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula>-axis, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, the spin Hamiltonian can be recast into a more suggestive form, <disp-formula id="da8"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(A8)</label></disp-formula>where the Larmor frequency <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> is also the energy splitting between two adjacent spin states, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>γ</mml:mi></mml:math></inline-formula> the gyromagnetic ratio, and we have defined <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <disp-formula id="da9"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A9)</label></disp-formula>Then, splitting the Hamiltonian into a spin ensemble and an interaction term as <disp-formula id="da10"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(A10)</label></disp-formula>we identify <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <disp-formula id="da11"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math><label>(A11)</label></disp-formula>gives the interaction Hamiltonian in the interaction picture.</p><p>In the case of a system with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins, the Hamiltonians of the spin ensemble and the interaction can be straightforwardly generalized from Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="da10">(A10)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="da11">(A11)</xref> to <disp-formula id="da12"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(A12)</label></disp-formula>where the operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> act only on the spin <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> at the spatial position <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are defined as per Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da9">(A9)</xref> but with the understanding that the neutrino wave functions must now be specified as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></app><app id="app2"><label>APPENDIX B:</label><title>EXCITATION AND DEEXCITATION RATES</title><sec id="app2-s1"><label>1.</label><title>Single spin</title><p>Consider first a single spin immersed in the cosmic neutrino bath. Following Fermi’s golden rule the excitation and deexcitation rates are given by <disp-formula id="db1"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B1)</label></disp-formula>where the superscripts “<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula>” and “<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula>” refer respectively to excitation and deexcitation, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> is the transition probability from the initial state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to the final state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> is its counterpart for the transition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The quantity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the density of states at the final energy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which in our case can be written as, <disp-formula id="db2"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B2)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> are the 3-momenta of the incoming and outgoing neutrinos respectively, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is the momentum of the final-state fermion (assuming it is initially stationary), <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent respectively the thermal weight of the initial-state neutrino and any Pauli blocking factor associated with the final state, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> are mass indices of the initial- and final-state neutrinos, while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> index their helicities. Since the recoil of the fermion is expected to be tiny, the angle of the outgoing neutrino is essentially unrestricted. We therefore proceed to use the Dirac delta in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> to eliminate the integral over the nuclear momentum, to arrive at <disp-formula id="db3"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B3)</label></disp-formula>where it is now understood that the relation between <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> is determined by energy conservation alone.</p><p>At first order in perturbation theory (i.e., the Born approximation), the transition amplitude is given by <disp-formula id="db4"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(B4)</label></disp-formula>Focusing on excitation, consider an initial-state neutrino specified by a wave function <disp-formula id="db5"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B5)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a helicity index. Suppose it scatters off a spin inelastically, thereby transferring energy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> to it, and then exits the interaction in a final-state plane wave given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. This process is represented by the leftmost diagram in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>, and its transition probability can be written as <disp-formula id="db6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B6)</label></disp-formula>where we have used <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> at the second equality, and the factors of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> originates from the normalization of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>u</mml:mi></mml:math></inline-formula>-spinors to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The thermal weight factors in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> are then <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the neutrino occupation number, while the Dirac delta <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> becomes <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, enforcing the change in energy between the initial- and final-state neutrinos to be equal to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the energy splitting due to the external magnetic field. A similar calculation can also be performed in the case of an antineutrino exciting a spin, as represented by the middle diagram in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>.</p><fig id="f12"><object-id>12</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f12</object-id><label>FIG. 12.</label><caption><p>Feynman diagrams of the processes that contribute to the excitation of a spin in a 4-fermi effective interaction.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_12.eps"/></fig><p>Putting it altogether, we then find the excitation rate of one spin to be <disp-formula id="db7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B7)</label></disp-formula>where we have defined the phase space measure <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Ignoring the relative motion between the spin and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and assuming the neutrino occupation numbers to be independent of helicity, the expression simplifies to <disp-formula id="db8"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B8)</label></disp-formula>which, using the Dirac delta, can be further reduced to <disp-formula id="db9"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>∞</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B9)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>.</p><p>Computation of the deexcitation rate from inelastic neutrino-spin scattering proceeds in a similar fashion, and yields <disp-formula id="db10"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B10)</label></disp-formula>Again, ignoring any neutrino-spin relative motion and assuming helicity-independent neutrino occupation numbers, we find <disp-formula id="db11"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B11)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. The lower integration holds if it evaluates to a real number. Otherwise, it needs to be set to zero.</p><p>Suppose for simplicity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The lower integration limits of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> integrals, Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="db9">(B9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="db11">(B11)</xref>, are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> and zero, respectively. We can take the former to zero too if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> is satisfied by the bulk of the neutrino distribution. The same condition also allows us to approximate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Then, to leading order, we find <disp-formula id="db12"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B12)</label></disp-formula>and <disp-formula id="db13"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B13)</label></disp-formula>where we have omitted for brevity the Pauli-blocking terms in both expressions. Thus, we see immediately that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>net</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is suppressed by a factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> relative to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></sec><sec id="app2-s2"><label>2.</label><title><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins</title><p>Consider now a system of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spins described by the interaction Hamiltonian <xref ref-type="disp-formula" rid="da12">(A12)</xref>. We are interested in the excitation and deexcitation rates of the whole spin ensemble, which can be defined via <disp-formula id="db14"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B14)</label></disp-formula>where <disp-formula id="db15"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:munder><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math><label>(B15)</label></disp-formula>are the excitation and deexcitation amplitudes of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>-spin ensemble from an initial state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> to an unspecified final state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The summation over <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> encompasses a complete basis of final states; the ladder operators will project out the final states that have one unit of energy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> more (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>+</mml:mo></mml:math></inline-formula>) or less (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula>) than the initial state.</p><p>Again, focusing first on spin excitation due to inelastic scattering of a plane-wave neutrino from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>β</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>β</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we find <disp-formula id="db16"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>β</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B16)</label></disp-formula>A similar expression can be found for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>fi</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Then, following the same procedure as for a single spin, it is straightforward to arrive at the collective excitation and deexcitation rates <disp-formula id="db17"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B17)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">^</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> the angle between the incoming and outgoing momenta, and <disp-formula id="db18"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math><label>(B18)</label></disp-formula>are form factors that depend on the initial state of the whole <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> spin ensemble. Since the operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> already projects the initial state into the subspace of final states that has the correct energy requirements, we can use the completeness relation of all possible final states <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to simplify the form factors to <disp-formula id="db19"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">|</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B19)</label></disp-formula>where it is understood that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are to be evaluated for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>Suppose the spin ensemble is initially in the ground state, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>. We see immediately that the deexcitation form factor must always yield <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>G</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, while the excitation form factor evaluates to <disp-formula id="db20"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">|</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(B20)</label></disp-formula>irrespective of the momentum transfer. Thus, in this case there is no coherent effect from the neutrino-spin interaction. If, on the other hand, the spin ensemble is initially in the product state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>spin</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↑</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">↓</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, then the excitation and deexcitation form factors evaluate to <disp-formula id="db21"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">|</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∓</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">⟩</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B21)</label></disp-formula>which features possible coherent effects in the second term. When the spatial separation between spins <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>β</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> is much smaller than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the volume of the sample, we can take the continuum limit and, for a constant spin density <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula>, approximate the last expression as <disp-formula id="db22"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">|</mml:mo><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msup><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mn>9</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B22)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the spherical Bessel function of order one, and we have assumed at the second equality the spin sample to be a sphere of radius <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Clearly, the second, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> term dominates if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In this limit, the system exhibits coherent behaviors.</p><p>Given the typical momentum of the neutrino bath <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, in order for the coherence condition to hold over the whole length <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> of the spin sample, we must demand <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Assuming for simplicity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the typical momentum transfers during excitation and deexcitation are <disp-formula id="db23"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo minsize="5ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo minsize="5ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo minsize="5ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mo minsize="5ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo minsize="5ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo minsize="5ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B23)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula>. If we want coherence over the whole object, we must demand that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> even for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. For nonrelativistic neutrinos, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, this yields the condition <disp-formula id="db24"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:math><label>(B24)</label></disp-formula>or, equivalently, <disp-formula id="db25"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(B25)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This in turn leads to <disp-formula id="db26"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B26)</label></disp-formula>when expanded to linear order in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>From Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db26">(B26)</xref>, we see that excitation can only happen if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. But, if excitation happens at all, the coherence condition is also automatically fulfilled for any incoming momentum satisfying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. On the other hand, while deexcitation has no kinematic threshold, coherence also does not come for free. Rather, in order to have coherent deexcitation, the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> must be satisfied if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Physically, this means that the energy splitting must be much smaller than the incoming neutrino kinetic energy. If this is not the case, the momentum transfer of the neutrino is large and coherence is lost. For a typical <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> momentum of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>5.3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mi>cm</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and a neutrino mass of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.05</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>, this condition amounts to demanding that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>For typical spin samples of size <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cm</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> cannot be realized by the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> across the whole sample volume. However, even in the case of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, coherence is still possible under limited conditions. Specifically, assuming <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db23">(B23)</xref> evaluates to <disp-formula id="db27"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(B27)</label></disp-formula>Demanding <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we see that coherence can be achieved even in the case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for small angles <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> between the incoming and outgoing neutrino momenta. Under this condition, we can approximate the coherent part of the form factors as <disp-formula id="db28"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B28)</label></disp-formula>In other words, the collective excitation and deexcitation rates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> regime are suppressed by a factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> relative to the fully coherent rates. Evaluating Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db23">(B23)</xref> for the momentum transfer squared <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> in the forward direction (i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) and expanding in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> as above, it is straightforward to show that the momentum transfer in this regime is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></sec></app><app id="app3"><label>APPENDIX C:</label><title>DERIVATION OF THE LINDBLAD EQUATION</title><p>The Lindblad formalism assumes unitary dynamics of the total neutrino-spin system described by a Hamiltonian that can be decomposed into three parts, <disp-formula id="dc1"><mml:math display="block"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(C1)</label></disp-formula>Here, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the free Hamiltonian of the spin ensemble, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> the free Hamiltonian of the neutrino bath, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> specifies the interaction between the spin ensemble and the neutrino bath. The density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> acts on the Hilbert space of the whole neutrino-spin system, and we assume it can be split into a direct product of the spin-system density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the bath density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, i.e., <disp-formula id="dc2"><mml:math display="block"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(C2)</label></disp-formula>Such a separation can be made in the limit of weak system-bath interactions and large baths (relative to the spin ensemble), where no significant correlations develop between the spin ensemble and the bath. This is the so-called Born approximation.</p><p>The dynamics of the total neutrino-spin system is governed by the Liouville-von-Neumann equation, <disp-formula id="dc3"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(C3)</label></disp-formula>where the density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is understood to be in the Schrödinger picture. In the interaction picture this equation can be equivalently written as <disp-formula id="dc4"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(C4)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da11">(A11)</xref>, and has the formal solution <disp-formula id="dc5"><mml:math display="block"><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(C5)</label></disp-formula>Plugging <xref ref-type="disp-formula" rid="dc5">(C5)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="dc4">(C4)</xref> and doing a partial trace over the bath, we arrive at an equation of motion for the spin ensemble alone that reads <disp-formula id="dc6"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(C6)</label></disp-formula>where we have omitted the interaction label (superscript “<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>I</mml:mi></mml:math></inline-formula>”) for notational simplicity.</p><p>Observe that, implicit in the interaction Hamiltonian <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the first term is formally <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, while the second term is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and repeatedly plugging Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc5">(C5)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="dc6">(C6)</xref> would yield in principle a perturbative series in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Considering however that the interactions of interest are very weak, it suffices to iterate only once to capture the leading-order effects. Physically, the first, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> term in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc6">(C6)</xref> corresponds to the so-called Stodolsky effect <xref ref-type="bibr" rid="c19">[19]</xref>, which can be most easily seen in the Schrödinger picture where it manifests as a shift in the energy levels of the spin ensemble, <italic>provided</italic> that a nonzero neutrino-antineutrino asymmetry is present. We shall therefore not be concerned with this shift and will henceforth drop the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> term.</p><p>To discern the role of the second, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> term in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc6">(C6)</xref>, we apply the Markovian approximation, which is valid under two assumptions: (i) The bath’s correlation time is much shorter than the spin ensemble’s relaxation time. This ensures the bath quickly loses memory of the interaction, thereby preventing information from flowing back to the spin ensemble; and (ii) the bath does not change much over time. This is the case for the relatively weak interactions under consideration. Implementing the Markovian approximation consists formally in changing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> on the right-hand side of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc6">(C6)</xref>, i.e., <disp-formula id="dc7"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(C7)</label></disp-formula>such that any step taken by the spin ensemble at any time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> depends only on the state of the system at that time. Equation <xref ref-type="disp-formula" rid="dc7">(C7)</xref> is the so-called Redfield equation. Next, we define a new integration variable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula> and take the integration limit to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> (or, equivalently in terms of the original integration variable, we take the lower limit to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula>). This approximation leads us to <disp-formula id="dc8"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>∞</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(C8)</label></disp-formula>and corresponds to assuming that the correlations decay fast enough that the dynamics of the system remains the same irrespective of what happened at earlier times.</p><p>At this point we can simply evaluate Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc8">(C8)</xref> for the Hamiltonian <xref ref-type="disp-formula" rid="da11">(A11)</xref>. A brute-force evaluation will yield an intractably long expression. However, because the neutrino-spin interaction rate is expected to be much smaller than the Larmor frequency <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> (i.e., many oscillations can occur over a timescale dictated by the interaction rate), we may adopt the so-called rotating-wave/secular approximation, which amounts to neglecting fast-oscillation terms of the form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Doing so yields <disp-formula id="dc9"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(C9)</label></disp-formula>where <disp-formula id="dc10"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(C10)</label></disp-formula>Note that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is an operator in the interaction picture and hence depends on time.</p><p>Rearranging Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc9">(C9)</xref> to separate the Hermitian and non-Hermitian terms yields the Lindblad equation for our system <disp-formula id="dc11"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(C11)</label></disp-formula>with <disp-formula id="dc12"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(C12)</label></disp-formula>and <disp-formula id="dc13"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(C13)</label></disp-formula>and we have assumed that the bath is constant in time. Observe that the first, Hermitian term in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc11">(C11)</xref> commutes with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Its form therefore remains unchanged in Schrödinger picture and represents an energy shift in the free Hamiltonian that is suppressed by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> through the bath-dependent coefficients <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The remaining terms are non-Hermitian and characterize dissipative effects in the spin ensemble due to the bath via the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> coefficients. Note that if the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula>-factor was negative, e.g., in the case of electrons, the Larmor frequency <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> would be positive, which would effectively exchange <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the Lindblad equation.</p></app><app id="app4"><label>APPENDIX D:</label><title>COMPUTATION OF <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></title><p>Our objective now is to compute <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which requires that we calculate correlators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> that depend on the neutrino fields. To this end, we assume that neutrinos are Dirac fermions, whose expansion in modes is given by <disp-formula id="dd1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are the spinor solutions of the Dirac equation, and the creation/annihilation operators obey the anticommutation relations <disp-formula id="dd2"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(D2)</label></disp-formula>All other anticommutators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are zero.</p><p>We start with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc12">(C12)</xref>, which evaluates using <xref ref-type="disp-formula" rid="da9">(A9)</xref> to <disp-formula id="dd3"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(D3)</label></disp-formula>where have introduced the notations <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>±</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Substituting Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd1">(D1)</xref> into this expression, the nonvanishing terms read <disp-formula id="dd4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D4)</label></disp-formula>To compute the thermal traces of the bath, we assume that each neutrino species assumes a thermal distribution, such that the background density matrix is given by <disp-formula id="dd5"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(D5)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the neutrino temperature, and the bath Hamilton can be expanded as <disp-formula id="dd6"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:munder><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(D6)</label></disp-formula>Using this information and the anticommutation relations <xref ref-type="disp-formula" rid="dd2">(D2)</xref>, the traces evaluate to <disp-formula id="dd7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D7)</label></disp-formula>where we have introduced the notation <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> [<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>] represents the occupation number of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>th neutrino (antineutrino) mass eigenstate with helicity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>Substituting the thermal traces into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd4">(D4)</xref> and integrating over <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we find <disp-formula id="dd8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D8)</label></disp-formula>where we have assumed the neutrino occupation numbers to be independent of helicity. Compared with the single-spin excitation rate <xref ref-type="disp-formula" rid="db7">(B7)</xref> computed in Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref>, we recognize immediately that the first and third terms correspond to inelastic scattering of a neutrino and an antineutrino, respectively, off a spin, thereby transferring energy to it. The second term describes the absorption of a neutrino-antineutrino pair, which we did not include in the heuristic calculation of Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref>, but can also excite a spin if kinematically allowed; the rightmost diagram in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref> represents this process.</p><p>Neglecting the relative movement between the Earth and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and using the properties of the spinors, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd8">(D8)</xref> can be further simplified to <disp-formula id="dd9"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D9)</label></disp-formula>Using the Dirac deltas to eliminate one integral, the final expression reads <disp-formula id="dd10"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D10)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. Except for the appearance of the second integral, this expression is the same as the heuristic rate <xref ref-type="disp-formula" rid="db9">(B9)</xref> estimated earlier. Observe also that the second integral contributes only if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This is the kinematic requirement for neutrino-antineutrino pair absorption alluded to above. For typical values of the magnetic field considered in this work, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Thus this process plays a role only for extremely small neutrino masses <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≲</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>The computations of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> proceed in an analogous fashion. Contrary to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, however, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> describes deexcitation of a spin via inelastic scattering with a neutrino or an antineutrino, i.e., the spin loses energy. In addition, a spin (up) can deexcite (to a spin-down) by emitting a neutrino-antineutrino pair if kinematically permitted. The final expression for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> reads <disp-formula id="dd11"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D11)</label></disp-formula>with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>. Again, this expression can be contrasted with the heuristic rate <xref ref-type="disp-formula" rid="db11">(B11)</xref>, which does not contain the second integral that contributes only if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ω</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> we find <disp-formula id="dd12"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>∞</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msqrt><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>⁢</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow other="silent"><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(D12)</label></disp-formula>Contrary to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, this term does not describe energy exchange processes. Rather, it describes the collective dephasing of the spin ensemble due to elastic scattering.</p><p>In the case of Majorana neutrinos, the main difference in the computation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is that the expansion in modes of the neutrino fields is given by <disp-formula id="dd13"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mrow other="silent"><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow other="silent"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow other="silent"><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(D13)</label></disp-formula>and the corresponding bath Hamiltonian is <disp-formula id="dd14"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D14)</label></disp-formula>If we neglect pair absorption and emission (which, as discussed above, are normally not kinematically allowed in NMR experiments except for close-to-zero neutrino masses), the expressions for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>—Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd10">(D10)</xref>–<xref ref-type="disp-formula" rid="dd12">(D12)</xref>—are exactly identical for Dirac and Majorana neutrinos. The only difference between the two cases occurs in the value of the occupation number <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. In the Dirac case, when ultrarelativistic neutrinos decouple from the early universe plasma, they are always in a left-helicity state. However, as the universe cools down and the neutrinos become nonrelativistic, we would generically expect them to relax via gravitational interactions into an approximately equal number of left- and right-helicity states with an average occupation number (assuming no neutrino-antineutrino asymmetry) given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, where <disp-formula id="dd15"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac></mml:math><label>(D15)</label></disp-formula>is the relativistic Fermi-Dirac distribution. On the other hand, Majorana neutrinos are their own antiparticles. Thus, relaxation into left- and right-helicity states merely turn an neutrino into an antineutrino and vice versa, leading to an occupation number of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>F</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></app><app id="app5"><label>APPENDIX E:</label><title>LINDBLAD EQUATION FOR <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> SPINS</title><p>Consider now a system comprising <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>-spins, where the Hilbert space is spanned by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and the Hamiltonian of neutrino-spin system is given in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da12">(A12)</xref>. The corresponding Lindblad equation can be generalized from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc11">(C11)</xref>. In the interaction picture (and omitting the Hermitian terms) it reads <disp-formula id="de1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E1)</label></disp-formula>with <disp-formula id="de2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E2)</label></disp-formula>which are generalizations of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> coefficients from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc12">(C12)</xref>.</p><p>Consider first the coefficient <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Following the procedure outlined in Appendix <xref ref-type="app" rid="app4">D</xref>, we find <disp-formula id="de3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>·</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E3)</label></disp-formula>After evaluating the thermal traces, the expression simplifies to <disp-formula id="de4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>×</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">ϒ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E4)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mi>β</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>From Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="de4">(E4)</xref> we see immediately that in the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the exponentials evaluate to unity such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> loses its dependence on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and approximates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd8">(D8)</xref> computed previously for the single-spin system. The same limiting behavior is also seen in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (not shown here). Then, in this coherent regime, the Lindblad equation reads <disp-formula id="de5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E5)</label></disp-formula>where we have defined <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. If on the other hand <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≫</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula>, the cross (i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula>) terms in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="de4">(E4)</xref> average to zero and only the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> terms survive. (The condition on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> versus <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> is not important, as neutrino-antineutrino pair absorption and emission are not kinematically allowed for neutrino masses <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≳</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math></inline-formula> given typical values of the magnetic field <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula> T.) In this limit the Lindblad equation reads <disp-formula id="de6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E6)</label></disp-formula>a form that is generally applicable for any “local” interaction that is not coherent over the length of the spin sample.</p></app><app id="app6"><label>APPENDIX F:</label><title>FULL NUMERICAL SOLUTIONS</title><p>We demonstrate here how we find a full numerical solution of the Lindblad master equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref> for the spin ensemble’s density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. We show first the case of collective neutrino interactions only. This effectively restricts the dynamics to the fully symmetric subspace of total angular momentum <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, where numerical solutions can scale with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> (see Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c62">[62]</xref> for a detailed discussion) and are hence tractable for relatively large values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>. We then extend the numerical treatment to include local interactions, where the dynamics can no longer be restricted to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> manifold.</p><p>In the presence of coherent interactions alone, we set <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>loc</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and solve <disp-formula id="df1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(F1)</label></disp-formula>where we have introduced the Liouvillian superoperator at the second equality, expressed in the Dicke basis. We work in Liouville space by vectorizing (i.e., column-stacking) the density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> and using the Liouvillian superoperator <disp-formula id="df2"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo></mml:munder><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>∓</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>∓</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(F2)</label></disp-formula>where the action of the operators on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> from the left and the right becomes a Kronecker product, namely, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>X</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mo>⊤</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>To numerically integrate the master equation <xref ref-type="disp-formula" rid="df1">(F1)</xref>, we implement standard time-integration schemes such as the Euler method, as well as higher-order solvers such as the fourth-order Runge-Kutta (RK4) algorithm. To ensure numerical stability, especially for such explicit integration schemes, we compute the spectral radius of the Liouvillian, i.e., the largest eigenvalue of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>max</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and set the time step <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>max</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This criterion ensures convergence and bounds the error at each step, particularly for stiff systems or rapidly decaying modes. In practice, we choose <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>max</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula> depending on the desired accuracy. We have additionally tested implicit integration methods and found no substantial improvement in convergence compared to explicit methods, provided the timestep factor <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> is sufficiently small. Given their significantly lower computational cost, explicit schemes remain the optimal choice for efficiency in this context.</p><p>Our simulations are implemented in the publicly available code <sc>o</sc>pen<sc>n</sc>u,<fn id="fn15"><label><sup>15</sup></label><p>The source code is available at <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/gpierobon/OpenNu">https://github.com/gpierobon/OpenNu</ext-link>.</p></fn> written in <sc>c</sc>++ and based on the <sc>eigen</sc><fn id="fn16"><label><sup>16</sup></label><p>Eigen is a high-performance <sc>c</sc>++ library for linear algebra: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://eigen.tuxfamily.org">https://eigen.tuxfamily.org</ext-link>.</p></fn> library for efficient sparse matrix operations. This implementation achieves high computational performance and a low memory footprint, which is essential for solving large-scale Lindblad dynamics. In particular, it allows us to simulate on a single modern CPU collective spin ensembles with Hilbert space dimensions up to the equivalent of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. To avoid numerical instabilities due to very large or small values, we normalize time by the characteristic dissipation timescale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>diss</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, achieved by rescaling the Liouvillian with the product of the number of spins and the deexcitation rate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>. As a result, the ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> remains as the sole control parameter governing the dynamics in this regime. The left panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref> displays our numerical solutions obtained using <sc>o</sc>pen<sc>n</sc>u for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:math></inline-formula> and different initial conditions.</p><fig id="f13"><object-id>13</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/kgk5-bf5x.f13</object-id><label>FIG. 13.</label><caption><p>Left: time evolution of the emission rate observable <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, showing different initial conditions under the influence of coherent neutrino effects only. Solid lines represent collective deexcitation (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>), highlighting the delayed burst associated with the excited state, i.e., Dicke superradiance. These solutions can be reproduced using the public code <sc>o</sc>pen<sc>n</sc>u (see text). Right: time evolution of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="script">J</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> observable for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 40, 50, including both neutrino collective effects (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.997</mml:mn></mml:math></inline-formula>) and local dephasing (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>), computed using the <sc>qutip</sc> code (see text). The bottom panel shows the residual between the full solution from <sc>qutip</sc> and the second-order approximate methods, demonstrating that the two methods match at the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>%</mml:mo></mml:math></inline-formula> level.</p></caption><graphic xlink:href="e043061_13.eps"/></fig><p>To include local interactions and fully solve Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref>, we use the permutational-invariant quantum solver (PIQS) introduced in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c66">[66]</xref> and implemented in the <sc>qutip</sc> library.<fn id="fn17"><label><sup>17</sup></label><p>The <sc>qutip</sc> source code is available at github.com/qutip/qutip.</p></fn> PIQS also reduces the computational complexity of simulating open quantum dynamics from exponential to polynomial in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> by exploiting the permutational symmetry of two-level systems, under the assumption that they are identical and identically prepared. However, when the dynamics involve population outside the fully symmetric subspace, i.e., when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> states are included, the symmetric Dicke basis must be extended to account for the action of local operators such as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d43">(43)</xref>. As a result, with respect to <sc>o</sc>pen<sc>n</sc>u the size of the Liouvillian superoperator increases by a factor of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, significantly raising the computational cost and limiting tractable simulations to system sizes of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. In the right panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref>, we present numerical solutions computed with <sc>qutip</sc> for values up to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:math></inline-formula>, demonstrating excellent agreement between the full density matrix solution and the fast second-order approximation.</p></app><app id="app7"><label>APPENDIX G:</label><title>HYPERPOLARIZATION</title><p>Hyperpolarized spin systems, which are out of thermal equilibrium, enhance signal intensity in NMR experiments <xref ref-type="bibr" rid="c78">[78]</xref>. A technique widely used in NMR applications is spin-exchange optical pumping (SEOP) <xref ref-type="bibr" rid="c73">[73]</xref>, particularly for noble gases such as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>He</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. SEOP can be broken down into two steps: <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>Optical pumping of alkali metal atoms. A circularly polarized laser excites alkali atoms (typically Rb or Cs vapor) in a low magnetic field. A large electron spin polarization <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the alkali ground state develops rapidly via repeated excitation-relaxation cycles and from angular momentum conservation in the atomic transition. The dynamics of this process is governed by a rate equation <xref ref-type="bibr" rid="c79">[79]</xref>, <disp-formula id="dg1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>pump</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(G1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>pump</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the pumping rate, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the total alkali spin relaxation rate. The steady-state <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by <disp-formula id="dg2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ss</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>pump</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>pump</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(G2)</label></disp-formula>which shows that to obtain a large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> requires <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>pump</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>Spin-exchange collisions. The polarized alkali atoms collide with the target noble gas, e.g., Xe, atoms in a gas cell, effectively transferring angular momentum to the noble gas nuclear spins (via a Fermi-contact interaction). The polarization of the noble gas spins <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>Xe</mml:mtext></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be computed from <disp-formula id="dg3"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>Xe</mml:mtext></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SE</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>Xe</mml:mtext></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>Xe</mml:mtext></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(G3)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SE</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the spin-exchange rate, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the nuclear spin relaxation rate. Then, <disp-formula id="dg4"><mml:math display="block"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>Xe</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>ss</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SE</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ss</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SE</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math><label>(G4)</label></disp-formula>gives the steady-state value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>Xe</mml:mtext></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></list-item></list></p><p>SEOP typically operates in dilute gas phases, where nuclear spin-spin interactions are negligible and polarization accumulates through random spin-transfer collisions that do not generate coherences between spins. The overall mechanism is analogous to the local interaction channels described in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s5">V</xref>. Matching <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mtext>Xe</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>ss</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dg4">(G4)</xref> to the polarization parameter in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d47">(47)</xref> then yields a mapping <disp-formula id="dg5"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mtext>hyper</mml:mtext></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mtext>hyper</mml:mtext></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SE</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ss</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>SE</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>ss</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>rel</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math><label>(G5)</label></disp-formula>between the various rates to the hyperpolarization excitation and deexcitation rates used in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s6a">VI A</xref>.</p></app><app id="app8"><label>APPENDIX H:</label><title>TWO-TIME CORRELATION FUNCTIONS</title><p>We outline here the computation of the two-time correlation functions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> via the quantum regression theorem <xref ref-type="bibr" rid="c70">[70]</xref>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the operators <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> act on the spin ensemble alone (i.e., not the bath). See also Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c69">[69]</xref> for a more comprehensive introduction. This correlation function is defined in the Heisenberg picture via <disp-formula id="dh1"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(H1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the density matrix of total system of spin and bath at time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the trace <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> pertains to the total system. Applying time evolution to the operators, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> assuming a constant <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula>, allows us to rewrite the expression in the Schrödinger picture, <disp-formula id="dh2"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(H2)</label></disp-formula>where the trace is now carried out over the state at time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> as time-independent Schrödinger-picture operators.</p><p>Assuming the total density matrix can be split into a spin ensemble and a bath piece, i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, at all times allows us to “swap the order” of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> to get <disp-formula id="dh3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H3)</label></disp-formula>where we have defined in the last line a modified spin density matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Writing out the total trace <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in terms of individual traces over the bath (subscript <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula>) and spin ensemble (no subscript, for consistency with the notation of the main text), i.e., <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we arrive at <disp-formula id="dh4"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(H4)</label></disp-formula>where <disp-formula id="dh5"><mml:math display="block"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⊗</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H5)</label></disp-formula>is simply the modified spin matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> forwarded in time in time from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula> under the total Hamiltonian <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula> with the bath degrees of freedom traced out.</p><p>Using <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula> as the time variable, the formal equation of motion for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is <disp-formula id="dh6"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(H6)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:math></inline-formula> is some superoperator, which in our case would be the Lindbladian. The formal solution reads <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, such that the two-time correlation function can also be written as <disp-formula id="dh7"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(H7)</label></disp-formula>Note that while we have assumed a time-independent <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the above derivation, the equation of motion <xref ref-type="disp-formula" rid="dh6">(H6)</xref> applies also to a time-dependent <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The <sc>qutip</sc> library contains functions that compute numerically two-time correlation functions for a given <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>We are interested to derive equations of motion directly for the two-time correlation functions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is a set of operators indexed by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Suppose <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:math></inline-formula> evolves under the Lindblad master equation as <disp-formula id="dh8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>tr</mml:mi><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/></mml:mrow></mml:math><label>(H8)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is square matrix of constant coefficients. It then following straightforwardly from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dh6">(H6)</xref> that <disp-formula id="dh9"><mml:math display="block"><mml:mfrac><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>μ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:munder><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(H9)</label></disp-formula>In other words, the “same” set of equations of motion describe both the single-time expectation values and the two-time correlations.</p></app></app-group><ref-list><ref id="c1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>1</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Navas</string-name> <etal/> (<collab>Particle Data Group Collaboration</collab>)</person-group>, <article-title>Review of particle physics</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>110</volume>, <page-range>030001</page-range> (<year>2024</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.110.030001</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>2</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Singh</string-name> and <string-name>C.-P. Ma</string-name></person-group>, <article-title>Neutrino clustering in cold dark matter halos: Implications for ultrahigh-energy cosmic rays</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>67</volume>, <page-range>023506</page-range> (<year>2003</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.67.023506</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c3"><label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>3</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Ringwald</string-name> and <string-name>Y. Y. Y. Wong</string-name></person-group>, <article-title>Gravitational clustering of relic neutrinos and implications for their detection</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>12</issue> (<volume>2004</volume>) <page-range>005</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2004/12/005</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>4</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Brandbyge</string-name>, <string-name>S. Hannestad</string-name>, <string-name>T. Haugbølle</string-name>, and <string-name>Y. Y. Y. Wong</string-name></person-group>, <article-title>Neutrinos in non-linear structure formation—the effect on halo properties</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>09</issue> (<volume>2010</volume>) <page-range>014</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2010/09/014</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>5</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Villaescusa-Navarro</string-name>, <string-name>J. Miralda-Escudé</string-name>, <string-name>C. Peña-Garay</string-name>, and <string-name>V. Quilis</string-name></person-group>, <article-title>Neutrino halos in clusters of galaxies and their weak lensing signature</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>06</issue> (<volume>2011</volume>) <page-range>027</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2011/06/027</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>6</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. LoVerde</string-name> and <string-name>M. Zaldarriaga</string-name></person-group>, <article-title>Neutrino clustering around spherical dark matter halos</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>89</volume>, <page-range>063502</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.89.063502</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>7</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. F. de Salas</string-name>, <string-name>S. Gariazzo</string-name>, <string-name>J. Lesgourgues</string-name>, and <string-name>S. Pastor</string-name></person-group>, <article-title>Calculation of the local density of relic neutrinos</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>09</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>034</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2017/09/034</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>8</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Zhang</string-name> and <string-name>X. Zhang</string-name></person-group>, <article-title>Gravitational clustering of cosmic relic neutrinos in the milky way</article-title>, <source>Nat. Commun.</source> <volume>9</volume>, <page-range>1833</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NCAOBW</pub-id><issn>2041-1723</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1038/s41467-018-04264-y</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>9</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. Mertsch</string-name>, <string-name>G. Parimbelli</string-name>, <string-name>P. F. de Salas</string-name>, <string-name>S. Gariazzo</string-name>, <string-name>J. Lesgourgues</string-name>, and <string-name>S. Pastor</string-name></person-group>, <article-title>Neutrino clustering in the milky way and beyond</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>01</issue> (<volume>2020</volume>) <page-range>015</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2020/01/015</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>10</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. B. Holm</string-name>, <string-name>I. M. Oldengott</string-name>, and <string-name>S. Zentarra</string-name></person-group>, <article-title>Local clustering of relic neutrinos with kinetic field theory</article-title>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>844</volume>, <page-range>138073</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.physletb.2023.138073</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>11</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Zimmer</string-name>, <string-name>C. A. Correa</string-name>, and <string-name>S. Ando</string-name></person-group>, <article-title>Influence of local structure on relic neutrino abundances and anisotropies</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>11</issue> (<volume>2023</volume>) <page-range>038</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2023/11/038</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>12</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Zimmer</string-name>, <string-name>G. Franco Abellán</string-name>, and <string-name>S. Ando</string-name></person-group>, <article-title>Effects of primordial fluctuations on relic neutrino simulations</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2024</volume>) <page-range>098</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2024/10/098</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>13</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. B. Holm</string-name>, <string-name>S. Zentarra</string-name>, and <string-name>I. M. Oldengott</string-name></person-group>, <article-title>Local clustering of relic neutrinos: Comparison of kinetic field theory and the Vlasov equation</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>07</issue> (<volume>2024</volume>) <page-range>050</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2024/07/050</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>14</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Worku</string-name>, <string-name>N. Sabti</string-name>, and <string-name>M. Kamionkowski</string-name></person-group>, <article-title>Rapid methods for modeling overdensities of massive neutrinos and other noncold relics</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>112</volume>, <page-range>023538</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.112.023538</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>15</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Pitrou</string-name>, <string-name>A. Coc</string-name>, <string-name>J.-P. Uzan</string-name>, and <string-name>E. Vangioni</string-name></person-group>, <article-title>Precision big bang nucleosynthesis with improved Helium-4 predictions</article-title>, <source>Phys. Rep.</source> <volume>754</volume>, <page-range>1</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRPLCM</pub-id><issn>0370-1573</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.physrep.2018.04.005</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c16"><label>[16]</label><mixed-citation id="c16a" publication-type="journal"><object-id>16a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Aghanim</string-name> <etal/> (<collab>Planck Collaboration</collab>)</person-group>, <article-title>Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters</article-title>, <source>Astron. Astrophys.</source> <volume>641</volume>, <page-range>A6</page-range> (<year>2020</year>); <pub-id pub-id-type="coden">AAEJAF</pub-id><issn>0004-6361</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1051/0004-6361/201833910</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c16b" publication-type="journal" specific-use="authorjournal"><object-id>16b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Aghanim</string-name> <etal/> (<collab>Planck Collaboration</collab>)</person-group><source>Astron. Astrophys.</source><volume>652</volume>, <page-range>C4(E)</page-range> (<year>2021</year>).<pub-id pub-id-type="coden">AAEJAF</pub-id><issn>0004-6361</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1051/0004-6361/201833910e</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>17</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>I. M. Oldengott</string-name>, <string-name>T. Tram</string-name>, <string-name>C. Rampf</string-name>, and <string-name>Y. Y. Y. Wong</string-name></person-group>, <article-title>Interacting neutrinos in cosmology: Exact description and constraints</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>11</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>027</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2017/11/027</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c18"><label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>18</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Z. Chen</string-name>, <string-name>I. M. Oldengott</string-name>, <string-name>G. Pierobon</string-name>, and <string-name>Y. Y. Y. Wong</string-name></person-group>, <article-title>Weaker yet again: Mass spectrum-consistent cosmological constraints on the neutrino lifetime</article-title>, <source>Eur. Phys. J. C</source> <volume>82</volume>, <page-range>640</page-range> (<year>2022</year>).<pub-id pub-id-type="coden">EPCFFB</pub-id><issn>1434-6044</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1140/epjc/s10052-022-10518-3</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c19"><label>[19]</label><mixed-citation id="c19a" publication-type="journal"><object-id>19a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Stodolsky</string-name></person-group>, <article-title>Speculations on detection of the neutrino sea</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>34</volume>, <page-range>110</page-range> (<year>1975</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.34.110</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c19b" publication-type="journal" specific-use="authorjournal"><object-id>19b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Stodolsky</string-name></person-group><source>Phys. Rev. Lett.</source><volume>34</volume>, <page-range>508(E)</page-range> (<year>1975</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.34.508</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c20"><label>[20]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>20</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>I. M. Oldengott</string-name> and <string-name>D. J. Schwarz</string-name></person-group>, <article-title>Improved constraints on lepton asymmetry from the cosmic microwave background</article-title>, <source>Europhys. Lett.</source> <volume>119</volume>, <page-range>29001</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">EULEEJ</pub-id><issn>0295-5075</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1209/0295-5075/119/29001</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c21"><label>[21]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>21</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A.-K. Burns</string-name>, <string-name>T. M. P. Tait</string-name>, and <string-name>M. Valli</string-name></person-group>, <article-title>Indications for a nonzero lepton asymmetry from extremely metal-poor galaxies</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>130</volume>, <page-range>131001</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.130.131001</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c22"><label>[22]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>22</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Arvanitaki</string-name> and <string-name>S. Dimopoulos</string-name></person-group>, <article-title>Cosmic neutrino background on the surface of the earth</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>108</volume>, <page-range>043517</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.108.043517</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c23"><label>[23]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>23</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>O. Ruchayskiy</string-name>, <string-name>V. Syvolap</string-name>, and <string-name>R. Wursch</string-name></person-group>, <article-title>Lepton number survival in the cosmic neutrino background</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>108</volume>, <page-range>123503</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.108.123503</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c24"><label>[24]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>24</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>B. F. Shvartsman</string-name>, <string-name>V. B. Braginsky</string-name>, <string-name>S. S. Gershtein</string-name>, <string-name>Y. B. Zeldovich</string-name>, and <string-name>M. Y. Khlopov</string-name></person-group>, <article-title>Possibility of detecting relict massive neutrinos</article-title>, <source>JETP Lett.</source> <volume>36</volume>, <page-range>277</page-range> (<year>1982</year>).<pub-id pub-id-type="coden">JTPLA2</pub-id><issn>0021-3640</issn></mixed-citation></ref><ref id="c25"><label>[25]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>25</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. Langacker</string-name>, <string-name>J. P. Leveille</string-name>, and <string-name>J. Sheiman</string-name></person-group>, <article-title>On the detection of cosmological neutrinos by coherent scattering</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>27</volume>, <page-range>1228</page-range> (<year>1983</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.27.1228</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c26"><label>[26]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>26</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. F. Smith</string-name> and <string-name>J. D. Lewin</string-name></person-group>, <article-title>Coherent interactino of galactic neutronos with material targets</article-title>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>127B</volume>, <page-range>185</page-range> (<year>1983</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(83)90873-0</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c27"><label>[27]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>27</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. Duda</string-name>, <string-name>G. Gelmini</string-name>, and <string-name>S. Nussinov</string-name></person-group>, <article-title>Expected signals in relic neutrino detectors</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>64</volume>, <page-range>122001</page-range> (<year>2001</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.64.122001</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c28"><label>[28]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>28</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>V. Domcke</string-name> and <string-name>M. Spinrath</string-name></person-group>, <article-title>Detection prospects for the cosmic neutrino background using laser interferometers</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>06</issue> (<volume>2017</volume>) <page-range>055</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2017/06/055</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c29"><label>[29]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>29</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. D. Shergold</string-name></person-group>, <article-title>Updated detection prospects for relic neutrinos using coherent scattering</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>11</issue> (<volume>2021</volume>) <page-range>052</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2021/11/052</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c30"><label>[30]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>30</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Weinberg</string-name></person-group>, <article-title>Universal neutrino degeneracy</article-title>, <source>Phys. Rev.</source> <volume>128</volume>, <page-range>1457</page-range> (<year>1962</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PHRVAO</pub-id><issn>0031-899X</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRev.128.1457</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c31"><label>[31]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>31</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. G. Cocco</string-name>, <string-name>G. Mangano</string-name>, and <string-name>M. Messina</string-name></person-group>, <article-title>Probing low energy neutrino backgrounds with neutrino capture on beta decaying nuclei</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>06</issue> (<volume>2007</volume>) <page-range>015</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2007/06/015</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c32"><label>[32]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>32</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. J. Long</string-name>, <string-name>C. Lunardini</string-name>, and <string-name>E. Sabancilar</string-name></person-group>, <article-title>Detecting non-relativistic cosmic neutrinos by capture on tritium: Phenomenology and physics potential</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>08</issue> (<volume>2014</volume>) <page-range>038</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2014/08/038</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c33"><label>[33]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>33</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Akita</string-name>, <string-name>S. Hurwitz</string-name>, and <string-name>M. Yamaguchi</string-name></person-group>, <article-title>Precise capture rates of cosmic neutrinos and their implications on cosmology</article-title>, <source>Eur. Phys. J. C</source> <volume>81</volume>, <page-range>344</page-range> (<year>2021</year>).<pub-id pub-id-type="coden">EPCFFB</pub-id><issn>1434-6044</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1140/epjc/s10052-021-09133-5</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c34"><label>[34]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>34</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Aker</string-name> <etal/> (<collab>KATRIN Collaboration</collab>)</person-group>, <article-title>New constraint on the local relic neutrino background overdensity with the first KATRIN data runs</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>129</volume>, <page-range>011806</page-range> (<year>2022</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.129.011806</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c35"><label>[35]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>35</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Aker</string-name> <etal/> (<collab>KATRIN Collaboration</collab>)</person-group>, <article-title>Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data</article-title>, <source>Science</source> <volume>388</volume>, adq<page-range>9592</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">SCIEAS</pub-id><issn>0036-8075</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1126/science.adq9592</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c36"><label>[36]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>36</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. A. Esfahani</string-name> <etal/> (<collab>Project 8 Collaboration</collab>)</person-group>, <article-title>The project 8 neutrino mass experiment</article-title>, in <source>Snowmass 2021</source> (<year>2022</year>), <page-range>3</page-range>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2203.07349</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c37"><label>[37]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>37</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. Baracchini</string-name> <etal/> (<collab>PTOLEMY Collaboration</collab>)</person-group>, <article-title>PTOLEMY: A proposal for thermal relic detection of massive neutrinos and directional detection of MeV dark matter</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1808.01892</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c38"><label>[38]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>38</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Bauer</string-name> and <string-name>J. D. Shergold</string-name></person-group>, <article-title>Relic neutrinos at accelerator experiments</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>104</volume>, <page-range>083039</page-range> (<year>2021</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.104.083039</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c39"><label>[39]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>39</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Yoshimura</string-name>, <string-name>N. Sasao</string-name>, and <string-name>M. Tanaka</string-name></person-group>, <article-title>Experimental method of detecting relic neutrino by atomic deexcitation</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>91</volume>, <page-range>063516</page-range> (<year>2015</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.91.063516</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c40"><label>[40]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>40</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G.-y. Huang</string-name> and <string-name>S. Zhou</string-name></person-group>, <article-title>Probing cosmic neutrino background through parametric fluorescence</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2507.10868</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c41"><label>[41]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>41</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Bauer</string-name>, <string-name>J. Perez-Soler</string-name>, and <string-name>J. D. Shergold</string-name></person-group>, <article-title>Dark matter pair absorption</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2507.14287</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c42"><label>[42]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>42</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Arvanitaki</string-name>, <string-name>S. Dimopoulos</string-name>, and <string-name>M. Galanis</string-name></person-group>, <article-title>Superradiant interactions of the cosmic neutrino background, axions, dark matter, and reactor neutrinos</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>111</volume>, <page-range>055015</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.111.055015</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c43"><label>[43]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>43</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. R. Aliberti</string-name>, <string-name>G. Lambiase</string-name>, and <string-name>T. K. Poddar</string-name></person-group>, <article-title>Limits on dark matter, ultralight scalars, and cosmic neutrinos with gyroscope spin and precision clocks</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2025</volume>) <page-range>049</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2025/03/049</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c44"><label>[44]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>44</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Das</string-name>, <string-name>P. S. B. Dev</string-name>, <string-name>T. Okawa</string-name>, and <string-name>A. Soni</string-name></person-group>, <article-title>Old neutron stars as a new probe of relic neutrinos and sterile neutrino dark matter</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>111</volume>, <page-range>055035</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.111.055035</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c45"><label>[45]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>45</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Císcar-Monsalvatje</string-name>, <string-name>G. Herrera</string-name>, and <string-name>I. M. Shoemaker</string-name></person-group>, <article-title>Upper limits on the cosmic neutrino background from cosmic rays</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>110</volume>, <page-range>063036</page-range> (<year>2024</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.110.063036</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c46"><label>[46]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>46</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. G. De Marchi</string-name>, <string-name>A. Granelli</string-name>, <string-name>J. Nava</string-name>, and <string-name>F. Sala</string-name></person-group>, <article-title>Relic neutrino background from cosmic-ray reservoirs</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>111</volume>, <page-range>023023</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.111.023023</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c47"><label>[47]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>47</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. Herrera</string-name>, <string-name>S. Horiuchi</string-name>, and <string-name>X. Qi</string-name></person-group>, <article-title>Diffuse boosted cosmic neutrino background</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>111</volume>, <page-range>063016</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.111.063016</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c48"><label>[48]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>48</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Franklin</string-name>, <string-name>I. Martinez-Soler</string-name>, <string-name>Y. F. Perez-Gonzalez</string-name>, and <string-name>J. Turner</string-name></person-group>, <article-title>Probing the cosmic neutrino background and new physics with TeV-scale astrophysical neutrinos</article-title>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>867</volume>, <page-range>139615</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.physletb.2025.139615</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c49"><label>[49]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>49</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>V. Brdar</string-name>, <string-name>P. S. B. Dev</string-name>, <string-name>R. Plestid</string-name>, and <string-name>A. Soni</string-name></person-group>, <article-title>A new probe of relic neutrino clustering using cosmogenic neutrinos</article-title>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>833</volume>, <page-range>137358</page-range> (<year>2022</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.physletb.2022.137358</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c50"><label>[50]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>50</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. J. Weiler</string-name></person-group>, <article-title>Resonant absorption of cosmic ray neutrinos by the relic neutrino background</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>49</volume>, <page-range>234</page-range> (<year>1982</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.49.234</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c51"><label>[51]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>51</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. Budker</string-name>, <string-name>P. W. Graham</string-name>, <string-name>M. Ledbetter</string-name>, <string-name>S. Rajendran</string-name>, and <string-name>A. Sushkov</string-name></person-group>, <article-title>Proposal for a cosmic axion spin precession experiment (CASPEr)</article-title>, <source>Phys. Rev. X</source> <volume>4</volume>, <page-range>021030</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRXHAE</pub-id><issn>2160-3308</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevX.4.021030</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c52"><label>[52]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>52</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. F. Jackson Kimball</string-name> <etal/></person-group>, <article-title>Overview of the cosmic axion spin precession experiment (CASPEr)</article-title>, <source>Springer Proc. Phys.</source> <volume>245</volume>, <page-range>105</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">SPPPEL</pub-id><issn>0930-8989</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/978-3-030-43761-9</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c53"><label>[53]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>53</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Walter</string-name> <etal/></person-group>, <article-title>Search for axionlike dark matter using liquid-state nuclear magnetic resonance</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>112</volume>, <page-range>052008</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/39nc-vr9m</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c54"><label>[54]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>54</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Bohr</string-name> and <string-name>B. R. Mottelson</string-name></person-group>, <source>Nuclear Structure</source> (<publisher-name>World Scientific</publisher-name>, Singapore, <year>1998</year>), Vol. <volume>1</volume>.</mixed-citation></ref><ref id="c55"><label>[55]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>55</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>I. Esteban</string-name>, <string-name>M. C. Gonzalez-Garcia</string-name>, <string-name>M. Maltoni</string-name>, <string-name>T. Schwetz</string-name>, and <string-name>A. Zhou</string-name></person-group>, <article-title>The fate of hints: Updated global analysis of three-flavor neutrino oscillations</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>09</issue> (<volume>2020</volume>) <page-range>178</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP09(2020)178</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c56"><label>[56]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>56</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. F. de Salas</string-name>, <string-name>D. V. Forero</string-name>, <string-name>S. Gariazzo</string-name>, <string-name>P. Martínez-Miravé</string-name>, <string-name>O. Mena</string-name>, <string-name>C. A. Ternes</string-name>, <string-name>M. Tórtola</string-name>, and <string-name>J. W. F. Valle</string-name></person-group>, <article-title>2020 global reassessment of the neutrino oscillation picture</article-title>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>02</issue> (<volume>2021</volume>) <page-range>071</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP02(2021)071</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c57"><label>[57]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>57</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Capozzi</string-name>, <string-name>E. Di Valentino</string-name>, <string-name>E. Lisi</string-name>, <string-name>A. Marrone</string-name>, <string-name>A. Melchiorri</string-name>, and <string-name>A. Palazzo</string-name></person-group>, <article-title>Global constraints on absolute neutrino masses and their ordering</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>95</volume>, <page-range>096014</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.95.096014</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c58"><label>[58]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>58</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. Gans</string-name></person-group>, <article-title>Strahlungsdiagramme ultramikroskopischer Teilchen</article-title>, <source>Ann. Phys. (Berlin)</source> <volume>381</volume>, <page-range>29</page-range> (<year>1925</year>).<pub-id pub-id-type="coden">ANPYA2</pub-id><issn>0003-3804</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1002/andp.19253810103</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c59"><label>[59]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>59</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. Lindblad</string-name></person-group>, <article-title>On the generators of quantum dynamical semigroups</article-title>, <source>Commun. Math. Phys.</source> <volume>48</volume>, <page-range>119</page-range> (<year>1976</year>).<pub-id pub-id-type="coden">CMPHAY</pub-id><issn>0010-3616</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/BF01608499</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c60"><label>[60]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>60</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>V. Gorini</string-name>, <string-name>A. Kossakowski</string-name>, and <string-name>E. C. G. Sudarshan</string-name></person-group>, <article-title>Completely positive dynamical semigroups of N level systems</article-title>, <source>J. Math. Phys. (N.Y.)</source> <volume>17</volume>, <page-range>821</page-range> (<year>1976</year>).<pub-id pub-id-type="coden">JMAPAQ</pub-id><issn>0022-2488</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1063/1.522979</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c61"><label>[61]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>61</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. Manzano</string-name></person-group>, <article-title>A short introduction to the Lindblad master equation</article-title>, <source>AIP Adv.</source> <volume>10</volume>, <page-range>025106</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">AAIDBI</pub-id><issn>2158-3226</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1063/1.5115323</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c62"><label>[62]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>62</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Shammah</string-name>, <string-name>S. Ahmed</string-name>, <string-name>N. Lambert</string-name>, <string-name>S. De Liberato</string-name>, and <string-name>F. Nori</string-name></person-group>, <article-title>Open quantum systems with local and collective incoherent processes: Efficient numerical simulations using permutational invariance</article-title>, <source>Phys. Rev. A</source> <volume>98</volume>, <page-range>063815</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PLRAAN</pub-id><issn>2469-9926</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevA.98.063815</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c63"><label>[63]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>63</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. H. Dicke</string-name></person-group>, <article-title>Coherence in spontaneous radiation processes</article-title>, <source>Phys. Rev.</source> <volume>93</volume>, <page-range>99</page-range> (<year>1954</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PHRVAO</pub-id><issn>0031-899X</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRev.93.99</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c64"><label>[64]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>64</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Gross</string-name> and <string-name>S. Haroche</string-name></person-group>, <article-title>Superradiance: An essay on the theory of collective spontaneous emission</article-title>, <source>Phys. Rep.</source> <volume>93</volume>, <page-range>301</page-range> (<year>1982</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRPLCM</pub-id><issn>0370-1573</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-1573(82)90102-8</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c65"><label>[65]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>65</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. J. Masson</string-name> and <string-name>A. Asenjo-Garcia</string-name></person-group>, <article-title>Universality of dicke superradiance in arrays of quantum emitters</article-title>, <source>Nat. Commun.</source> <volume>13</volume>, <page-range>2285</page-range> (<year>2022</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NCAOBW</pub-id><issn>2041-1723</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1038/s41467-022-29805-4</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c66"><label>[66]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>66</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Shammah</string-name>, <string-name>N. Lambert</string-name>, <string-name>F. Nori</string-name>, and <string-name>S. De Liberato</string-name></person-group>, <article-title>Superradiance with local phase-breaking effects</article-title>, <source>Phys. Rev. A</source> <volume>96</volume> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PLRAAN</pub-id><issn>2469-9926</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevA.96.023863</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c67"><label>[67]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>67</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. Boyers</string-name>, <string-name>G. Goldstein</string-name>, and <string-name>A. O. Sushkov</string-name></person-group>, <article-title>Spin squeezing of macroscopic nuclear spin ensembles</article-title>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>111</volume>, <page-range>052004</page-range> (<year>2025</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.111.052004</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c68"><label>[68]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>68</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Bondarenko</string-name>, <string-name>A. Boyarsky</string-name>, <string-name>J. Pradler</string-name>, and <string-name>A. Sokolenko</string-name></person-group>, <article-title>Best-case scenarios for neutrino capture experiments</article-title>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>10</issue> (<volume>2023</volume>) <page-range>026</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2023/10/026</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c69"><label>[69]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>69</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. J. Carmichael</string-name></person-group>, <source>Statistical Methods in Quantum Optics</source> (<publisher-name>Springer-Verlag</publisher-name>, Berlin, <year>1999</year>), Vol. <volume>1</volume>.</mixed-citation></ref><ref id="c70"><label>[70]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>70</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Lax</string-name></person-group>, <article-title>Formal theory of quantum fluctuations from a driven state</article-title>, <source>Phys. Rev.</source> <volume>129</volume>, <page-range>2342</page-range> (<year>1963</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PHRVAO</pub-id><issn>0031-899X</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRev.129.2342</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c71"><label>[71]</label><mixed-citation publication-type="report"><object-id>71</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. Prohaska</string-name> <etal/></person-group>, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC technical report). Pure Appl. Chem. <volume>94</volume>, <page-range>573</page-range> (<year>2022</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c72"><label>[72]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>72</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. V. Romalis</string-name> and <string-name>M. P. Ledbetter</string-name></person-group>, <article-title>Transverse spin relaxation in liquid <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the presence of large dipolar fields</article-title>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>87</volume>, <page-range>067601</page-range> (<year>2001</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.87.067601</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c73"><label>[73]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>73</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. G. Walker</string-name> and <string-name>W. Happer</string-name></person-group>, <article-title>Spin-exchange optical pumping of noble-gas nuclei</article-title>, <source>Rev. Mod. Phys.</source> <volume>69</volume>, <page-range>629</page-range> (<year>1997</year>).<pub-id pub-id-type="coden">RMPHAT</pub-id><issn>0034-6861</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/RevModPhys.69.629</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c74"><label>[74]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>74</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. Nikolaou</string-name>, <string-name>A. M. Coffey</string-name>, <string-name>K. Ranta</string-name>, <string-name>L. L. Walkup</string-name>, <string-name>B. M. Gust</string-name>, <string-name>M. J. Barlow</string-name>, <string-name>M. S. Rosen</string-name>, <string-name>B. M. Goodson</string-name>, and <string-name>E. Y. Chekmenev</string-name></person-group>, <article-title>Multidimensional mapping of spin-exchange optical pumping in clinical-scale batch-mode 129Xe hyperpolarizers</article-title>, <source>J. Phys. Chem. B</source> <volume>118</volume>, <page-range>4809</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">JPCBFK</pub-id><issn>1520-6106</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1021/jp501493k</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c75"><label>[75]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>75</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. E. Limes</string-name>, <string-name>Z. L. Ma</string-name>, <string-name>E. G. Sorte</string-name>, and <string-name>B. Saam</string-name></person-group>, <article-title>Robust solid <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mrow><mml:mi>Xe</mml:mi></mml:mrow><mml:mprescripts/><mml:none/><mml:mrow><mml:mn>129</mml:mn></mml:mrow></mml:mmultiscripts></mml:mrow></mml:math></inline-formula> longitudinal relaxation times</article-title>, <source>Phys. Rev. B</source> <volume>94</volume>, <page-range>094309</page-range> (<year>2016</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRBMDO</pub-id><issn>2469-9950</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevB.94.094309</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c76"><label>[76]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>76</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Galanis</string-name>, <string-name>O. Hosten</string-name>, <string-name>A. Arvanitaki</string-name>, and <string-name>S. Dimopoulos</string-name></person-group>, <article-title>Toward 48 dB spin squeezing and 96 dB signal magnification for cosmic relic searches with nuclear spins</article-title>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2508.20520</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c77"><label>[77]</label><mixed-citation publication-type="software"><object-id>77</object-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/gpierobon/OpenNu">https://github.com/gpierobon/OpenNu</ext-link>.</mixed-citation></ref><ref id="c78"><label>[78]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>78</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Eills</string-name>, <string-name>D. Budker</string-name>, <string-name>S. Cavagnero</string-name>, <string-name>E. Y. Chekmenev</string-name>, <string-name>S. J. Elliott</string-name>, <string-name>S. Jannin</string-name>, <string-name>A. Lesage</string-name>, <string-name>J. Matysik</string-name>, <string-name>T. Meersmann</string-name>, <string-name>T. Prisner</string-name> <etal/></person-group>, <article-title>Spin hyperpolarization in modern magnetic resonance</article-title>, <source>Chem. Rev.</source> <volume>123</volume>, <page-range>1417</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">CHREAY</pub-id><issn>0009-2665</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1021/acs.chemrev.2c00534</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c79"><label>[79]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>79</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. G. Walker</string-name></person-group>, <article-title>Fundamentals of spin-exchange optical pumping</article-title>, <source>J. Phys. Conf. Ser.</source> <volume>294</volume>, <page-range>012001</page-range> (<year>2011</year>).<pub-id pub-id-type="coden">JPCSDZ</pub-id><issn>1742-6588</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1742-6596/294/1/012001</pub-id></mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
