對(duì)稱性與中微子混合模型.pdf

1、中微子是Pauli為了解釋?duì)滤プ冞B續(xù)譜而引入的，最初被認(rèn)為是一種沒有質(zhì)量的中性費(fèi)米子。然而Pontecorvo和Gribov提出，如果中微子是有質(zhì)量的，并且不同質(zhì)量的中微子之間存在混合，那么中微子的傳播就會(huì)帶來味振蕩。一系列中微子實(shí)驗(yàn)，如Homestake、Kamiokande等，證實(shí)了中微子存在味振蕩現(xiàn)象，并且測(cè)定了中微子混合參數(shù)θ12：與θ23：以及質(zhì)量參數(shù)△m2atm與△m2Sol°非零的混合角θ13，也逐步得到了實(shí)驗(yàn)的確認(rèn)。

2、r>　　 中微子味振蕩現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)表明中微子具有微小的質(zhì)量，這在標(biāo)準(zhǔn)模型的框架內(nèi)是無法解釋的。作為一種唯象學(xué)假設(shè)，seesaw機(jī)制引入了大質(zhì)量的右手中微子來壓低中微子的質(zhì)量標(biāo)度。但是目前還沒有發(fā)現(xiàn)大質(zhì)量右手中微子的顯著證據(jù)。即使我們接受seesaw機(jī)制對(duì)中微子微小質(zhì)量標(biāo)度的解釋，由于中微子具有質(zhì)量以及不同代中微子之間存在混合，我們需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型中涉及中微子的概念和定律進(jìn)行新的檢查。味態(tài)、能量一動(dòng)量守恒、含時(shí)微擾等概念、定律和方法在中微子

3、混合、中微子振蕩的背景下變得不再簡(jiǎn)單、平庸。首先，由于中微子味荷的時(shí)間依賴性，普適的中微子味態(tài)是難以定義的，我們只能在有限的、近似的條件下使用味態(tài)這一概念。為了避免理論爭(zhēng)議，在討論中微子振蕩問題時(shí)人們甚至可以避開味態(tài)，將中微子視為中間傳播子。其次，為了協(xié)調(diào)弱作用中代輕子數(shù)守恒與中微子傳播中代輕子數(shù)破壞，通行的含時(shí)微擾論在應(yīng)用到涉及中微子反應(yīng)的概率計(jì)算時(shí)會(huì)受到限制。在涉及中微子反應(yīng)的概率幅計(jì)算中，含時(shí)微擾的時(shí)間標(biāo)度必須遠(yuǎn)小于1s，否則會(huì)帶

4、來弱作用過程中顯著的味破壞，從而違反微觀因果律。再次，由于中微子能量、動(dòng)量存在不確定度，通常的能量-動(dòng)量守恒約束并不帶來中微子與伴隨粒子的運(yùn)動(dòng)學(xué)糾纏，運(yùn)動(dòng)學(xué)糾纏只是特定實(shí)驗(yàn)條件和觀測(cè)的結(jié)果；另一方面，對(duì)稱性分析表明，味振蕩對(duì)中微子能量、動(dòng)量的不確定度下限也提出了要求，不僅是中微子動(dòng)量的不確定度，中微子能量的不確定度也存在下限，提高中微子動(dòng)量或能量的測(cè)量精度會(huì)破壞中微子的味振蕩。
　　 標(biāo)準(zhǔn)模型中的規(guī)范對(duì)稱群無法解釋中微子振蕩模式

5、與中微子混合模式，分立的非阿貝爾味對(duì)稱群因此被引入了中微子模型，這些分立對(duì)稱群如A4、S4、T＇等可以解釋典型的中微子混合模式，如三雙最大中微子混合。隨著實(shí)驗(yàn)上對(duì)非零混合角θ13的確證，特別是大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)的顯著結(jié)果，這些分立味對(duì)稱群模型需要進(jìn)行修正和微擾處理。然而，即使這些模型有著較好的理論解釋能力，并且可以對(duì)實(shí)驗(yàn)上不確定的中微子混合參數(shù)與質(zhì)量參數(shù)給出限制，但是模型中的標(biāo)量場(chǎng)真空期望值需要人為的微調(diào)，因而其自然性受到了質(zhì)疑。更為經(jīng)濟(jì)

6、的模型構(gòu)造方案是，避開希格斯機(jī)制與額外的標(biāo)量場(chǎng)，直接定義滿足特定分立對(duì)稱性的中微子質(zhì)量矩陣，通過質(zhì)量矩陣的對(duì)角化導(dǎo)出期望的中微子混合矩陣。這樣的策略雖然避開了標(biāo)量場(chǎng)真空期望值的人為微調(diào)，但是得出同一混合模式的分立對(duì)稱群并不是唯一的，我們無法確認(rèn)哪一種對(duì)稱群才是真正的味對(duì)稱群。因此，對(duì)中微子常規(guī)混合模式的理論解釋還有待于更為深入的研究。
　　 除了常規(guī)的中微子混合模式，一系列中微子振蕩實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了反常的振蕩信號(hào)。有些實(shí)驗(yàn)信號(hào)，如MI

7、NOS實(shí)驗(yàn)，表明中微子的振蕩可能不同于反中微子的振蕩。另一些實(shí)驗(yàn)信號(hào)，如LSND、MiniBooNE實(shí)驗(yàn)，表明除了太陽中微子與大氣中微子振蕩質(zhì)量標(biāo)度，還可能存在更大的中微子振蕩質(zhì)量標(biāo)度：△mnew～leV2。作為一種可能的理論解釋，通過引進(jìn)Lorentz對(duì)稱破缺和CPT破壞，中微子與反中微子的振蕩差異可以得到初步解釋；而且由于Lorentz對(duì)稱破缺模型中混合矩陣元的能量依賴性，可以對(duì)部分的反常振蕩提供試探性的解釋。然而，由于Lorent

8、z對(duì)稱破缺的引入，不僅使得混合矩陣元是能量依賴的，同時(shí)中微子能量-動(dòng)量色散關(guān)系也需要作出修正，即可能出現(xiàn)超光速中微子。除了MINOS合作組與OPERA合作組的報(bào)道以外，目前各種中微子實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明并不存在顯著的中微子超光速事例。特別是，最近OPERA小組自身也聲明了其實(shí)驗(yàn)中的缺陷。因此，理論上可行的Lorentz對(duì)稱破缺模型對(duì)中微子能量-動(dòng)量色散關(guān)系的修正必須是不顯著的。在無超光速中微子的框架下，檢驗(yàn)Lorentz對(duì)稱破缺模型的方法主要集