[论文解读] Effects of fermionic singlet neutrinos on high- and low-energy observables

C. Weiland|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用 5

一句话总结

本论文研究了在逆跷跷板机制中费米子单态中微子的影响，提出自然的Yukawa耦合（$\mathcal{O}(1)$）和LHC可探测的新物理尺度可解释非零中微子质量。关键结果表明，$R_K$ 和 $R_\pi$ 比值为该模型提供了新的约束，而超对称延伸通过Higgs和$Z^0$内部图增强了轻子味破坏，同时惰性中微子则放松了对轻CP奇异性Higgs玻色子的约束。

ABSTRACT

In this doctoral thesis, we study both low- and high-energy observables related to massive neutrinos. Neutrino oscillations have provided indisputable evidence in favour of non-zero neutrino masses and mixings. However, the original formulation of the Standard Model cannot account for these observations, which calls for the introduction of new Physics. Among many possibilities, we focus here on the inverse seesaw, a neutrino mass generation mechanism in which the Standard Model is extended with fermionic gauge singlets. This model offers an attractive alternative to the usual seesaw realisations since it can potentially have natural Yukawa couplings ($\mathcal{O}(1)$) while keeping the new Physics scale at energies within reach of the LHC. Among the many possible effects, this scenario can lead to deviations from lepton flavour universality. We have investigated these signatures and found that the ratios $R_K$ and $R_π$ provide new, additional constraints on the inverse seesaw. We have also considered the embedding of the inverse seesaw in supersymmetric models. This leads to increased rates for various lepton flavour violating processes, due to enhanced contributions from penguin diagrams mediated by the Higgs and $Z^0$ bosons. Finally, we also found that the new invisible decay channels associated with the sterile neutrinos present in the supersymmetric inverse seesaw could significantly weaken the constraints on the mass and couplings of a light CP-odd Higgs boson.

研究动机与目标

• 为解决标准模型无法通过引入费米子规范单态来解释非零中微子质量与混合的问题。
• 探索逆跷跷板机制作为传统跷跷板模型的自然替代方案，其具有$\mathcal{O}(1)$的Yukawa耦合和可探测的新物理尺度。
• 研究轻子味 universality 的偏离及其在高能和低能可观测量中的现象学信号。
• 研究逆跷跷板机制在超对称模型中的实现及其对轻子味破坏过程的影响。
• 评估在超对称逆跷跷板模型中，惰性中微子如何影响对轻CP奇异性Higgs玻色子的约束。

提出的方法

• 通过引入规范单态费米子扩展标准模型，以实现逆跷跷板机制来生成小的中微子质量。
• 分析$R_K$和$R_\pi$等低能可观测量，以探测轻子味 universality 的破坏。
• 评估在超对称延伸中，Higgs和$Z^0$介导的内部图对轻子味破坏过程的贡献。
• 计算在超对称逆跷跷板框架下，由于惰性中微子态导致的Higgs玻色子的隐形衰变宽度。
• 应用有效场论技术，从精密测量中推导出对模型参数的约束。
• 利用对撞机和味物理实验的实证约束，来限制Yukawa耦合、中微子质量和Higgs耦合。

实验结果

研究问题

• RQ1 在逆跷跷板机制中，费米子单态中微子如何影响$R_K$和$R_\pi$等低能可观测量？
• RQ2 在逆跷跷板模型中，$\mathcal{O}(1)$的Yukawa耦合在多大程度上导致可观测的轻子味 universality 偏离？
• RQ3 超对称延伸的逆跷跷板机制如何通过内部图增强轻子味破坏过程？
• RQ4 在超对称模型中，惰性中微子在改变轻CP奇异性Higgs玻色子的物理现象中扮演何种角色？
• RQ5 在超对称逆跷跷板模型中，新隐形衰变通道的存在是否能放松对CP奇异性Higgs玻色子质量与耦合的现有约束？

主要发现

• 比值$R_K$和$R_\pi$为逆跷跷板模型的参数空间提供了新的、额外的约束。
• 超对称延伸的逆跷跷板机制由于Higgs和$Z^0$内部图的主导贡献，显著增强了轻子味破坏过程的衰变速率。
• 在超对称逆跷跷板模型中，惰性中微子的引入为Higgs玻色子开辟了新的隐形衰变通道，从而降低了观测到的信号强度。
• 这些新的衰变通道显著放松了对模型中轻CP奇异性Higgs玻色子质量与耦合的约束。
• 逆跷跷板机制允许自然的$\mathcal{O}(1)$Yukawa耦合，同时将新物理尺度保持在LHC的探测范围内。
• 该模型提供了一个可行的框架，用于解释非零中微子质量，并可能在味破坏过程和Higgs物理学中产生可测试的信号。