中微子混合矩陣的非幺正性和右手中微子的質(zhì)量估計.pdf

1、粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型無疑在描述基本粒子以及它們之間的相互作用上取得了巨大的成功。到目前為止，幾乎所有的相關(guān)實驗結(jié)果都與標(biāo)準(zhǔn)模型相一致。中微子作為標(biāo)準(zhǔn)模型描述下的一種基本粒子，被假定為無靜止質(zhì)量且永遠(yuǎn)是左旋的。然而，從20世紀(jì)90年代末至今，一系列引人矚目的中微子振蕩實驗表明，中微子具有非零的靜止質(zhì)量以及不同味道間的混合，從而意味著存在標(biāo)準(zhǔn)模型之上的新物理。 人們進(jìn)而提出了蹺蹺板機制，通過引入典型上認(rèn)為超重的Majorana中微子質(zhì)

2、量項到標(biāo)準(zhǔn)模型的拉氏量中來解釋中微子的微小質(zhì)量，從而導(dǎo)致存在三種以上的中微子味道，并且意味著曾經(jīng)的描述三代左手中微子混合的幺正矩陣僅僅是擴(kuò)展后完整的的幺正矩陣的一部分，因而不再是幺正的。同時，實驗測量表明對幺正矩陣有約百分之一的偏離，這種偏離的背后可能存在兩種不同的物理本質(zhì)：第一種是三代左手中微子的混合矩陣確實是幺正的，只是實驗有誤差；第二種情況就是如上所述的由于多于三種中微子存在而產(chǎn)生的理論層面的非幺正效應(yīng)。為了區(qū)分哪種可能性才是實驗

3、中幺正偏離的來源，我們給出一種簡單的準(zhǔn)幺正混合矩陣A的參數(shù)化，并引入一個可以在振蕩實驗中測量的準(zhǔn)幺正因子△QF來檢驗中微子混合的幺正性。我們發(fā)現(xiàn)，這個準(zhǔn)幺正因子對矩陣A中的對角元參數(shù)很敏感，而非對角元效應(yīng)表現(xiàn)為對應(yīng)的高階小量。數(shù)據(jù)模擬的結(jié)果顯示，只有在極端情況下才能夠得到顯著的準(zhǔn)幺正效應(yīng)，而這種情況在蹺蹺板機制下并不典型，因此，我們需要寄希望于更高精度的實驗數(shù)據(jù)來告訴我們更多的中微子混合的信息。 蹺蹺板模型下的超重右手中微子的假

4、設(shè)使我們很難從實驗誤差背景中提取出非幺正效應(yīng)。然而，這個假設(shè)是值得懷疑的，因為并沒有任何確鑿的證據(jù)顯示右手中微子到底有多重，并且有可能并不必通過強加超重的右手中微子來實現(xiàn)微小的中微子質(zhì)量。由一般的中微子質(zhì)量方案出發(fā)，在沒有預(yù)先約定右手中微子的質(zhì)量標(biāo)度前提下，我們依靠A的非幺正性得到了左手和右手中微子質(zhì)量之間的反比關(guān)系。同時，我們給出了右手中微子質(zhì)量標(biāo)度估計，結(jié)果可以高至大統(tǒng)一能標(biāo)，低到電弱能標(biāo)。這意味著，在一定的情況下，我們可以期待在目