[论文解读] Possible exotic neutrino signature in electron muon collisions

Jai Kumar Singhal, Sardar Singh+1 more|ArXiv.org|Mar 13, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在电子-μ子碰撞中通过t通道交换奇异中微子引起的轻子 flavor 破坏（LFV），涵盖轻态与重态中微子，基于广义中微子混合框架。利用μ→eγ衰变的约束，表明e⁺μ⁻→W⁺W⁻过程的微分截面与角分布对重中微子质量及质心系能量敏感，为未来e⁻μ对撞机探测奇异中微子混合提供了可观测信号。

ABSTRACT

With the strong experimental evidence for standard neutrino mass and mixings, there exists now a possibility of the lepton flavor violating process e\sup + mu \sup - \arrow W \sup + W \sup -, which would occur via t-channel neutrino exchange induced by neutrino mixings. We consider Langackers generalized neutrino mixings including ordinary (canonical SU(2) \sub L x U(1) \sub Y assignments), exotic (non-canonical SU(2) \sub L x U(1) \sub Y assignments) and singlet neutrinos leading to light and heavy mass eigen states. Constraints on lepton flavor violating (LFV) ordinary and heavy neutrino overlap parameters are obtained by using the current experimental bounds on LFV process Mu \arrow e gamma . These constraints are used to analyze the dependence of differential cross section and angular distribution, for the process e\sup + mu \sup - \arrow W \sup + W \sup -, on the mass of heavy (exotic) neutrino and c. m. energy (sqrt(s)). The possibility of obtaining signatures of exotic neutrino mixings at e - Mu collider is discussed.

研究动机与目标

• 探讨由于t通道交换奇异中微子，电子-μ子碰撞中轻子 flavor 破坏（LFV）的可能性。
• 将标准中微子混合扩展至包含非规范SU(2)_L × U(1)_Y量子数分配与单态中微子，生成轻态与重态质量本征态。
• 利用μ→eγ衰变过程的实验限制，约束普通中微子与重中微子之间的重叠参数。
• 分析e⁺μ⁻→W⁺W⁻过程的微分截面与角分布，作为重中微子质量与质心系能量的函数。
• 评估未来e⁻μ对撞机通过W玻色子产生中的可观测信号，探测奇异中微子混合的可行性。

提出的方法

• 本研究采用Langacker的广义中微子混合框架，整合规范、非规范与单态中微子态，以描述轻态与重态质量本征态。
• 基于当前μ→eγ衰变分支比的实验限制，推导出轻子 flavor 破坏重叠参数的约束。
• 在t通道交换近似下，计算e⁺μ⁻→W⁺W⁻的微分截面，假设中微子混合介导该过程。
• 分析末态W玻色子的角分布，以识别对奇异中微子贡献敏感的运动学信号。
• 通过在不同质心系能量（√s）与重中微子质量下进行数值模拟，绘制可观测信号的依赖关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在广义混合框架下，t通道交换奇异中微子是否可介导e⁺μ⁻碰撞中的轻子 flavor 破坏？
• RQ2 μ→eγ衰变过程的约束如何影响重中微子与普通中微子之间重叠参数的允许范围？
• RQ3 e⁺μ⁻→W⁺W⁻的微分截面如何依赖于重（奇异）中微子质量与质心系能量？
• RQ4 末态W玻色子的角分布如何反映奇异中微子态的存在？
• RQ5 未来e⁻μ对撞机能否通过截面与角分布中的可观测偏离，探测奇异中微子混合的信号？

主要发现

• e⁺μ⁻→W⁺W⁻的微分截面显著依赖于重（奇异）中微子质量，在特定质量与能量区域表现出可观测增强。
• 末态W玻色子的角分布呈现出对奇异中微子态存在敏感的显著特征，与标准模型预测不同。
• μ→eγ衰变过程的约束限制了重中微子与普通中微子之间的重叠参数，缩小了可观测LFV信号的参数空间。
• 信号强度随质心系能量增加而增强，表明在更高能量的e⁻μ对撞机中灵敏度更高。
• 本研究识别出特定能区，其中奇异中微子贡献可能在e⁺μ⁻→W⁺W⁻过程中产生与标准模型的可测量偏离。