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

Dominik Döring, Heinrich Päs+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2018

Neutrino Physics Research被引用 5

一句话总结

该论文提出了一种带有修正色散关系的惰性中微子框架，包含三个活性中微子和三个惰性中微子，以解释MiniBooNE、LSND、镓和反应堆异常。通过改变中微子的能量-动量关系，该模型在不与消失实验中的零结果冲突的前提下，生成了增强的短基线振荡。

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.

研究动机与目标

• 解释在MiniBooNE、LSND、镓和反应堆实验中观测到的持续存在的短基线中微子异常。
• 解决这些异常与其它振荡实验中未观测到异常中微子消失之间的张力。
• 提出一个涉及带有修正色散关系的惰性中微子的可行标准模型扩展。
• 通过避免过度的活性-惰性混合，确保与宇宙学和天体物理学约束的一致性。

提出的方法

• 引入一个3+3中微子混合框架，包含三个活性中微子和三个惰性中微子，以容纳观测到的异常。
• 引入修正色散关系，改变惰性中微子的能量-动量关系，从而影响其振荡行为。
• 使用有效场论技术，将修正色散关系建模为低能有效相互作用。
• 对MiniBooNE、LSND、镓和反应堆数据进行全局拟合，以约束模型参数。
• 将预测与长基线和反应堆实验的消失数据进行比较，以确保一致性。
• 分析修正色散关系对振荡概率的影响，特别是对短基线跃迁的增强作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 带有修正色散关系的惰性中微子模型能否同时解释MiniBooNE和LSND的过剩？
• RQ2 修正色散关系如何影响短基线实验中的振荡概率？
• RQ3 此类模型在多大程度上能与中微子消失实验中的零结果保持一致？
• RQ4 由联合数据允许的惰性中微子质量与混合角的参数空间有多大？
• RQ5 该模型能否在不引入额外自由度的情况下解释镓和反应堆异常？

主要发现

• 当合并时，该模型成功解释了MiniBooNE和LSND异常，显著性达6.1 sigma。
• 修正色散关系使得在短基线实验中电子（反）中微子出现概率增强，而不会增加消失率。
• 该框架与其它实验的消失数据保持一致，避免与现有约束产生冲突。
• 该模型允许惰性中微子质量处于eV量级，与先前异常解释一致。
• 有效混合参数被调节，使得振荡概率与镓和反应堆实验中观测到的过剩相符。
• 引入色散关系修正提供了一种动力学机制，使该模型与标准惰性中微子情景区分开来。