暗物質和中微子物理若干前沿問題的理論研究

《暗物質和中微子物理若干前沿問題的理論研究》是依託華中師範大學，由陳紹龍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：暗物質和中微子物理若干前沿問題的理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳紹龍
• 依託單位：華中師範大學

項目摘要

暗物質和中微子物理是當前粒子物理學前沿中非常活躍的研究領域，本項目圍繞超出標準模型新物理展開，重點研究暗物質和中微子物理理論模型及其唯象學。緊密結合當前各種暗物質探測實驗、中微子振盪實驗和大型強子對撞機LHC實驗數據，擬開展以下理論研究：探討新的暗物質粒子起源機制、中微子質量起源機制和重子起源機制以及機制的模型實現；開展與中微子混合角theta13相關的唯象學研究；研究小質量暗物質的模型實現及其直接探測信號特徵；綜合各種暗物質探測實驗結果進行暗物質性質的模型無關研究；研究中微子質量起源、重子起源和暗物質起源的內在關聯性,研究各暗物質和中微子質量理論模型在LHC上的可能直接檢驗。本項目的開展能為我國錦屏山暗物質地下探測實驗、深圳大亞灣中微子實驗等大科學裝置實驗提供一定的理論支持，以及促進我們對粒子物理更深層次的理解。

結題摘要

暗物質和中微子物理是對超出標準模型外物理的直接探索，是當前粒子物理學前沿中非常活躍的一個研究領域。項目重點研究暗物質和中微子物理理論模型及其相關唯象學。結合各種暗物質探測實驗、中微子振盪實驗和大型強子對撞機 LHC 實驗數據，主要開展以下理論研究：探討暗物質粒子起源機制、中微子質量起源機制以及模型實現；研究小質量暗物質的模型實現及其探測信號特徵；研究中微子質量起源、重子起源和暗物質起源的內在關聯性；研究模型在LHC對撞機上的直接檢驗等等。我們在超對稱理論下構造了一個中微子質量逆蹺蹺板機制模型，同時模型中的中微子超對稱伴隨粒子sneutrino作為暗物質的候選粒子。由於輕子數只是被很小的破壞，暗物質可以作為正反粒子不對稱的暗物質，其起源可以和重子起源相關聯。模型中暗物質正反粒子間存在很小的質量差，使得正反暗物質之間存在振盪現象。我們仔細考察了暗物質的宇宙演化，指出在一些合理的參數情況下，模型中暗物質作為振盪的不對稱暗物質，可以是合適的暗物質候選粒子。我們討論了輕暗物質粒子的模型構造以及相關唯象學，如利用太陽中微子的探測結果可以對相關的模型進行限制。構造了一種普適的蹺蹺板機制解釋帶電費米子和中微子質量的起源，模型中不存在強作用CP破壞問題。也即沒有標準模型中的強CP問題，同時模型中的新自由度可以解釋最近LHC上發現的新的共振態。我們找到了一種新的兩圈層次上產生中微子質量的圖象，討論了具體的模型實現和模型在LHC上的檢驗。另外我們討論了三個頂夸克末態和四個頂夸克末態在LHC上的測量以及它們對新物理和Higgs物理的檢驗。研究結果對我們理解暗物質和中微子物理以及它們之間的關聯具有一定的科學意義。