[论文解读] A chiral gauge-invariant model for Majorana neutrinos

I. Alikhanov, E. A. Paschos|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2019

Neutrino Physics Research参考文献 22被引用 4

一句话总结

本文提出了一种手征性U(1)R规范模型，将右手中微子嵌入其中，并通过纯轴矢量相互作用与一种新的中性规范玻色子X耦合。该模型通过异常抵消确保紫外有限性，并预测了在(反)中微子-电子散射和相干中微子-核散射中的新信号，其耦合限制来自ρ参数和实验数据，表明当前测量中可能存在高达20%的未知贡献。

ABSTRACT

The article investigates the possibility that right-handed neutrinos are Majorana particles embedded in an abelian multiplicative $U(1)_R$ factor, with the Lagrangian in the new factor being invariant under chiral gauge transformations. Majorana neutrinos couple to charged and neutral currents, producing new signatures to (anti)neutrino-electron elastic scattering and an additional term to coherent scattering of neutrinos on atomic nuclei. The model is ultraviolet complete and depends on one extra hypercharge correlating the reactions and providing upper bounds for the new coupling constant.

研究动机与目标

• 构建一个规范不变的模型，使右手中微子通过手征性（轴矢量）相互作用与新的U(1)R规范玻色子X耦合。
• 通过抵消三角异常并保持手征性规范对称性，确保紫外有限性。
• 从ρ参数和中微子散射实验中推导出新耦合常数和X玻色子质量的物理解释约束。
• 探索在(反)中微子-电子弹性散射和相干中微子-核散射中的可探测信号。
• 通过共享的U(1)R超荷关联不同中微子诱导的反应，实现跨实验的一致性检验。

提出的方法

• 引入一种新的阿贝尔U(1)R规范对称性，具有在γ⁵变换下的手征性不变性，确保右手中微子的拉格朗日量规范不变。
• 通过标准希格斯双态φ和一个新的标量单态σ实现希格斯机制，以生成费米子和X规范玻色子的质量。
• 通过特定的U(1)R超荷赋值实现异常抵消，将夸克和轻子的独立超荷数减少至一个。
• 推导X玻色子与中微子和电子的有效耦合，包括与Z玻色子的混合，并计算对截面修改的影响。
• 利用ρ参数和Z玻色子不可见衰变分支比约束U(1)R耦合常数和X玻色子质量。
• 分析(反)中微子-电子散射和相干中微子-核散射的微分截面，考虑新的轴矢量贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 马约拉纳中微子是否能在手征性规范不变框架下与中性规范玻色子X耦合？
• RQ2 此类耦合对中微子-电子散射和核相干散射的物理解释后果是什么？
• RQ3 来自ρ参数和Z玻色子不可见衰变的约束如何限制新X玻色子的耦合强度和质量？
• RQ4 当前实验不确定性中，中微子-电子散射的新贡献在多大程度上仍可能被隐藏？
• RQ5 束流打靶或散裂源是否能通过X玻色子交换产生可探测的马约拉纳中微子信号？

主要发现

• 该模型是紫外完备的，通过一致的U(1)R超荷赋值实现三角异常抵消，将独立超荷数减少至一个。
• 新X玻色子仅通过纯轴矢量流与右手中微子耦合，保持手征性规范不变性。
• ρ参数和Z玻色子不可见衰变的约束并非最严格；相反，(反)中微子-电子散射数据表明，高达20%的未知贡献仍有可能存在。
• (反)中微子-电子散射的微分截面因额外的轴矢量耦合而改变，且在低动量转移区域效应显著。
• 由于相互作用的轴矢量特性，相干中微子-核散射受到核子流增强，从而提高截面灵敏度。
• X玻色子的耦合常数受到实验数据的限制，TEXONO实验的极限与早期宇宙中遗迹暗物质丰度所需的值非常接近。