《中微子質量起源的唯象學研究》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：中微子質量起源的唯象學研究
- 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
中微子振盪實驗提供了存在超越粒子物理標準模型的新物理的唯一證據：中微子有微小質量，輕子的弱作用有代混合。雖然有效場論的seesaw機制能解釋微小質量，其起源仍是個未知數。近幾年，受天體觀測方面的進展和對高能對撞機實驗的預期的推動，如何實現相對低能標下的seesaw成為一個熱點課題。本項目從簡單但仍包含豐富物理現象的seesaw模型出發，結合質量的輻射產生機制，系統研究模型的參數結構、低能物理過程對物理參數的限制。在此基礎上，研究在高能對撞機上甑別質量產生機制的可能物理過程，以及通過leptogenesis產生宇宙中重子數不對稱性、中性重粒子作為暗物質的可行性。本項目還將探討實現中微子微小質量的新的可能途徑。
結題摘要
中微子有非簡併的微小質量，它們與輕子的弱作用存在味混合。該微小質量在標準模型中難以自然地產生，很可能來自高能標的物理機制。本項目圍繞中微子質量產生機制這一課題，展開了較系統研究。主要結果如下。（1）中微子質量產生機制一般伴隨有帶電輕子的效應。利用已有實驗對帶電輕子味改變躍遷的上限，研究了對兩類機制的限制。在第一類機制中，中微子與帶色量子數的重粒子作用獲得輻射質量。我們給出了一個方便的Yukawa耦合矩陣參數化方案，發現存在參數空間，在mu子衰變符合實驗上限前提下，tau衰變可接近目前的實驗精度，並指出，由於Yukawa耦合本身並不太小，該區間也是LHC物理應該關注的區域。第二類機制相當於一個量綱為7的seesaw。我們發現：mu子實驗數據的很強限制，使得tau輕子的味改變衰變在近期實驗中難以看到。（2）在作為低能有效理論的標準模型中，領頭的中微子質量算符只有一個，量綱為5，相應機制的能標太高難以檢測，即：可觀測性要求更高量綱的算符。我們發現，在各量綱水平，質量算符都是唯一的。如果低能有效理論包括兩個Higgs二重態，唯一性不再成立。我們列出了量綱5、7、9的所有質量算符及量綱7的相關算符，簡要分析了其效應，利用實驗數據可以反過來約束這些有效算符。（3）我們提出了級聯seesaw機制實現高量綱質量算符。該機制引入一個費米子場及一組標量場。規範對稱性使得只有弱同位旋最高的標量場與費米子有Yukawa耦合，而只有弱同位旋最低的標量場可以直接獲得一個自然小的真空期望值。後者通過標量場之間的相互作用，通過級聯過程逐個傳遞給弱同位旋較高的標量場，從而誘導出量綱為5+4n的質量算符。級聯過程的每一步都會帶來壓低，而且不需要人為假設整體對稱性來禁戒低量綱算符。該機制有豐富的現象，應該可以在LHC上檢驗。（4）最近關於Higgs粒子雙光子衰變寬度計算的爭論，使得在一般Rξ規範及么正規範做計算成為一個現實的物理問題，我們研究了相應的中微子課題。中微子呈電中性，與電磁場通過量子效應發生相互作用。我們在單圈水平，嚴格檢驗了Dirac型中微子電荷為零、計算了其磁矩，證實了二者與規範選取（Rξ規範，么正規範）無關。
