超越标准模型的中微子唯象学研究

????.A solid evidence of physics beyond the standard model (SM) is that neutrinos have tiny and non-degenerate masses and have large flavor mixing among themselves，which is verified by neutrino oscillation. Even though one can generate appropriate neutrino masses and mixing angles verified by various neutrino oscillation experiments by the classic seesaw mechanisms, in such models, the scale of new particle's mass is too huge to be detectable by either current or near-future experiments. Recently, with the operation running of the Large Hadron Collider (LHC) and progress in astrophysics experiments observations, it becomes a hot topic how to generate suitable neutrino masses at a relative low energy scale. In this project proposal, we will study the generation of small neutrino mass and large flavor mixing in various new physics scenarios beyond the standard model. We will first investigate low energy effects in such models, including lepton flavor violation (LFV) or lepton number violation (LNV) processes, anomalous magnetic moments of leptons, etc. We can use these low energy results to restrict the models' parameter spaces or give some prediction of the new models. Then, we will adopt our new models to the study of collider physics. We will analyse various high energy processes relevant to neutrino physics. Besides, we will also study the possibilities of heavy neutrinos acting as a dark matter candidate particle and baryon number asymmetry in the universe (BAU) through leptogenesis. These studies have positive significance to reveal the mystery of neutrino mass and discovery of new physics processes relevant to the neutrinos.

中微子振荡现象给我们提供了超越标准模型的新物理信号，即中微子是存在味混合的有质量粒子。虽然通过传统的seesaw机制可以产生符合各类实验的中微子质量和混合角，但是此类模型中引入的新粒子质量太大，难以在当前的和可预期未来的实验中观测到。近年来，随着大型强子对撞机LHC的运行以及天体观测实验的进展，如何在较低能标下产生中微子质量成为热点。本项目将研究各种超越标准模型的新物理机制中的中微子质量产生和味混合。首先，我们将系统地分析各类模型的特点和参数结构。然后，我们将计算以轻子味/数破坏过程为主的各种低能过程对模型的限制和预言。在此基础上，我们将把新模型应用到高能对撞机上与中微子相关的各种可能过程的研究当中。此外，我们还将研究重中微子作为暗物质候选者及通过leptogenesis产生宇宙中重子数不对称性的可能性。这些研究对于揭示中微子质量产生之谜和发现与中微子相关的新物理过程均具有积极意义。

中微子振荡现象给我们提供了超越标准模型的新物理信号，即中微子是存在味混合的有质量粒子。虽然通过传统的seesaw机制可以产生符合各类实验的中微子质量和混合角，但是此类模型中引入的新粒子质量太大，难以在当前的和可预期未来的实验中观测到。近年来，随着大型强子对撞机LHC 的运行以及天体观测实验的进展，如何在较低能标下产生中微子质量成为热点。. 在本项目中，我们研究了各种超越标准模型的新物理机制中的中微子质量产生和味混合。首先，我们在一个最小链式跷跷板模型中（cascade seesaw）进行了详尽的唯象学分析。此模型引入了一个超荷为1的标量四重态和一个超荷为0的费米子五重态，从而通过树图阶的seesaw机制产生一个维度为9的中微子质量算符。我们找到了一个合适的参数化方案，在这个方案下，所有的混合矩阵都可以表示成已测量到的中微子物理参数、标量四重态的真空期望值和一个自由的复参数。我们发现低能区的轻子味破坏过程对模型中的自由参数有着极强的限制，而这些限制对于在对撞机实验中验证此模型具有很大影响。我们计算了此模型中的新粒子在大型强子对撞机上可能出现的各种信号。最后的结论是，对于探测新玻色子，4j2l道是最重要的；而对于新费米子，4l2j道和5l+MET道是最有希望的。. 为了更好地理解中微子质量矩阵的结构，以及受大亚湾和RENO中微子实验结果（发现较大的中微子1-3混合角）的启发，我们系统地研究了一种Majorana型中微子质量矩阵的混合结构——质量矩阵中存在一个0元素和两个相等的非零元素。我们发现，在这种结构中，三个中微子质量和三个轻子CP破坏相位可以完全地被实验中已经测量到的两个中微子质量平方差和三个轻子味混合角所确定。在60种可能的子结构中，有39种尚未被当前实验结果所排除（3sigma置信水平下）。. 除此之外，我们还研究了自旋为3/2的狄拉克型标准模型单态费米子作为暗物质候选者的可能性。我们考察了当前各类实验和观测中对此种暗物质候选者的质量和有效相互作用强度的限制。结论是，留给自旋为3/2的暗物质粒子的参数空间并不大，其质量至少要在1TeV以上。