《中微子質量與暗物質粒子的唯象學》是依託南開大學，由廖益擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：中微子質量與暗物質粒子的唯象學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廖益
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
中微子有微小質量、宇宙中的主要物質成分是暗物質，是存在超越粒子物理標準模型新物理的直接證據。中微子質量的起源、暗物質粒子的屬性是粒子物理學和宇宙學共同的重要課題。本項目將在同一個理論框架內研究這兩個問題，即：因為對稱性限制，中微子微小質量起源於與暗物質粒子相互作用的量子效應，而同一個對稱性保證了暗物質的穩定性。我們將分析藉助於分立對稱性、整體的和自發破缺的定域對稱性的各種理論嘗試的利弊，對它們的唯象學後果做綜合研究。具體包括：在滿足中微子振盪實驗、暗物質遺蹟的前提下，分析電弱精確測量、輕子低能物理過程等對未知參數的限制，模擬、挑選在高能對撞機上能揭示理論模型的特徵信號，計算暗物質與原子核碰撞截面，模擬暗物質對宇宙線的影響，並將結果與大型強子對撞機（LHC）、暗物質直接探測和間接探測數據對照，以達到檢驗理論、加深對新物理的認識之目的。
結題摘要
實驗觀測表明，中微子有微小質量，宇宙中物質的主要成分是暗物質。中微子質量起源、暗物質粒子的屬性是粒子物理學和宇宙學共同的重要課題。本項目圍繞這個課題，展開了較系統的唯象學研究，並在此基礎上，進行了有效場論方面的擴展研究。主要研究內容和結果歸納如下。（1）構想中微子質量與暗物質粒子有共同的起源。比如，中微子通過與暗物質粒子相互作用，在量子水平獲得自然小的質量，暗物質粒子由於受對稱性保護成為穩定粒子。本項目在這個理論框架下展開了較系統的研究，三個典型結果簡述如下。（1a）研究了具有Z3對稱性的暗物質模型唯象學，包括暗物質遺蹟、直接探測、銀心伽馬線超出等限制以及LHC信號。結果表明，Z3對稱性特有的半湮滅和共湮滅機制能有效緩解遺蹟豐度與直接探測實驗之間的緊張關係，而LHC上的三輕子信號能給出目前最強的限制。（1b）研究了中微子質量產生的輻射type II機制，發現在滿足暗物質和Higgs粒子不可見衰變等限制下，暗物質粒子質量在三個區域難以被當前、甚至未來的實驗排除。針對典型的參數點，在積分亮度為100/fb時，三輕子信號可以達到5σ水平。（1c）研究了具有經典標度不變性的暗物質與中微子質量模型，試圖通過輻射效應產生電弱對稱性自發破缺，同時利用暗物質的Z2對稱性在量子水平上誘導出中微子微小質量。在考慮了各種觀測的綜契約束後，利用未來高積分亮度LHC的數據，有希望在雙輕子道探測到新物理信號。這些研究結果促進了對中微子質量與暗物質粒子共同起源的認識，對後續理論與實驗研究有參考意義。（2）由於Majorana中微子導致輕子數不守恆，本項目進行了有效場論方面的擴展研究。在標準模型有效場論中，確立了量綱為7算符的正確基底，完成了其單圈重整化群的計算，估計了重整化群跑動對質子衰變（重子數、輕子數破壞，但它們之和守恆）、帶電K介子的輕子數破壞衰變的影響。在包含較輕惰性中微子的有效場論中，確立了量綱為6和7算符的正確基底。這些研究結果為後續的唯象學研究奠定了理論基礎。
