[论文解读] Sterile Neutrinos

R. N. Mohapatra|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 1999

Neutrino Physics Research被引用 3

一句话总结

本文提出，惰性中微子源自标准模型的宇称双重版本，其中具有相同规范与物质内容的镜像扇区产生不与W/Z玻色子相互作用的轻量中微子，使其成为惰性中微子。该模型通过与已知中微子质量相同的机制，自然解释了惰性中微子的极端轻质量，同时解释了LSND、太阳和大气中微子实验的观测中微子振荡现象。

ABSTRACT

A simultaneous understanding of the results of the LSND experiment indicating $ u_{\mu}- u_e$ oscillation together with other evidences for neutrino oscillations from solar and atmospheric neutrino data seems to require the existence of at least one sterile neutrino. One can also give other plausible astrophysical arguments that seem to require light sterile neutrinos. A major theoretical challenge posed by their existence is to understand why they are so light. A scenario is presented where one assumes a parity doubling of the standard model with identical matter and gauge content. The neutrinos of the parity doubled (mirror) sector are light for the same reason that the known neutrinos are light and since they do not couple to the known W and Z bosons, they can be identified with the sterile neutrinos. Some of the implications and possible tests of this hypothesis are mentioned.

研究动机与目标

• 调和LSND、太阳和大气中微子实验之间相互矛盾的中微子振荡数据。
• 解决惰性中微子为何如此轻的理论难题。
• 提出一种机制，使惰性中微子从具有相同规范与物质内容的镜像扇区中自然产生。
• 通过镜像对称性解释惰性中微子为何不与W和Z玻色子耦合。
• 提供一个框架，通过天体物理和实验室信号测试惰性中微子的性质。

提出的方法

• 假设存在一个宇称双重的标准模型，其中镜像扇区与可见扇区具有相同的规范与物质内容。
• 假设镜像中微子之所以轻，是由于与已知中微子质量相同的机制（例如 seesaw 或马约拉纳质量）所导致。
• 将镜像中微子识别为惰性中微子，因为它们不与已知的W和Z玻色子耦合。
• 利用可见扇区与镜像扇区之间的对称性，确保镜像中微子质量自然地很小。
• 推导出惰性中微子性质的物理预测，包括混合参数与衰变率。
• 基于模型预测，提出可能的实验与天体物理检验方法。

实验结果

研究问题

• RQ1 宇称双重的标准模型能否解释LSND异常及其他中微子振荡数据？
• RQ2 为何惰性中微子比其他已知粒子轻得多？
• RQ3 如果惰性中微子不与W和Z玻色子耦合，它们如何被产生与探测？
• RQ4 镜像扇区中微子对宇宙学与天体物理学有何影响？
• RQ5 镜像扇区模型能否通过实验室或天体物理观测进行检验？

主要发现

• 该模型通过将 seesaw 机制扩展至镜像扇区，自然解释了惰性中微子的极小质量。
• 该模型中的惰性中微子即为镜像扇区的轻量中微子，它们不与已知的W和Z玻色子耦合。
• 该模型同时容纳了LSND实验中μ子中微子到电子中微子振荡的信号及其他中微子振荡数据。
• 宇称双重结构确保镜像中微子通过与已知中微子相同的机制保持轻质量。
• 该模型在中微子振荡实验与天体物理观测中提出了可检验的信号，例如暗物质或X射线谱线发射。
• 镜像扇区中不与W/Z玻色子耦合，确保镜像中微子真正为惰性中微子。