[논문 리뷰] Sterile Neutrinos with Altered Dispersion Relations as an Explanation for the MiniBooNE, LSND, Gallium and Reactor Anomalies

Dominik Döring, Heinrich Päs외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 22.

Neutrino Physics Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 미니부이니, LSND, 갈륨, 반재료 반응기 이상현상들을 설명하기 위해 세 개의 활성 중성자와 세 개의 무균형 중성자를 포함하는 변형된 분산 관계를 가진 무균형 중성자 프레임워크를 제안한다. 중성자 에너지-운동량 관계를 수정함으로써, 이론은 상실 실험에서의 null 결과와 충돌하지 않으면서도 짧은 기준선에서의 진동을 강화한다.

ABSTRACT

Recently the MiniBooNE Collaboration has reported an anomalous excess in muon to electron (anti-)neutrino oscillation data. Combined with long-standing results from the LSND experiment this amounts to a 6.1 sigma evidence for new physics beyond the Standard Model. In this paper we develop a framework with 3 active and 3 sterile neutrinos with altered dispersion relations that can explain these anomalies without being in conflict with the absence of anomalous neutrino disappearance in other neutrino oscillation experiments.

연구 동기 및 목표

• 미니부이니, LSND, 갈륨, 반재료 반응기 실험에서 관측된 지속적인 짧은 기준선 중성자 이상현상을 설명하기 위해.
• 이러한 이상현상과 다른 진동 실험에서 관측되지 않은 비정상적인 중성자 상실 현상 간의 갈등을 해결하기 위해.
• 변형된 분산 관계를 가진 무균형 중성자를 포함하는 표준모형의 타당한 확장 개발하기 위해.
• 과도한 활성-무균형 혼합을 피하여 천체물리학 및 천체학적 제약 조건과의 일관성을 확보하기 위해.

제안 방법

• 관측된 이상현상을 수용하기 위해 세 개의 활성 중성자와 세 개의 무균형 중성자를 포함하는 3+3 중성자 혼합 프레임워크를 도입한다.
• 무균형 중성자의 에너지-운동량 관계를 수정하는 변형된 분산 관계를 통합하여, 그들의 진동 행동에 영향을 미친다.
• 저에너지 효과 이론 기법을 사용하여 변형된 분산 관계를 효과적인 상호작용으로 모델링한다.
• 모델 파라미터를 제약하기 위해 미니부이니, LSND, 갈륨, 반재료 반응기 데이터에 대한 글로벌 피팅을 수행한다.
• 장기 기준선 및 반재료 반응기 실험에서의 상실 데이터와의 예측을 비교하여 일관성을 확보한다.
• 변형된 분산 관계가 진동 확률에 미치는 영향을 분석하여, 특히 짧은 기준선 전이에서의 강화 효과를 다룬다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 변형된 분산 관계를 가진 무균형 중성자 모형이 동시에 미니부이니와 LSND의 과잉을 설명할 수 있는가?
• RQ2 변경된 분산 관계는 짧은 기준선 실험에서의 진동 확률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이러한 모형이 중성자 상실 실험에서의 null 결과와 어느 정도까지 일관성을 유지할 수 있는가?
• RQ4 합쳐진 데이터에 의해 허용되는 무균형 중성자 질량과 혼합 각도의 매개변수 공간은 어떤가?
• RQ5 추가적인 자유도를 도입하지 않고도 이 모형이 갈륨 및 반재료 반응기 이상현상을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 미니부이니와 LSND 이상현상을 결합하여 6.1 sigma의 뜻깊은 정도로 성공적으로 설명한다.
• 변형된 분산 관계는 상실 비율을 증가시키지 않으면서도 짧은 기준선 실험에서 전자(반)중성자의 출현을 강화한다.
• 이 프레임워크는 다른 실험에서의 상실 데이터와 일관성을 유지하여 기존 제약 조건과의 충돌을 피한다.
• 모형은 eV 스케일의 무균형 중성자 질량을 허용하며, 이는 이전 이상현상 해석과 일치한다.
• 효과적 혼합 매개변수들이 조정되어 진동 확률이 갈륨 및 반재료 반응기 실험에서 관측된 과잉과 일치하도록 한다.
• 분산 관계 수정을 포함함으로써, 이 모형은 표준 무균형 중성자 시나리오와를 구별하는 역학적 메커니즘을 제공한다.