中微子和暗物质物理的关联研究

The origin mechanism of neutrino mass and the identity of dark matter particle are very interesting puzzles. Both of them lead directly to the new physics beyond the standard model. Neutrino physics and dark matter physics have become important frontiers of high energy physics. This project focuses on the interplays between neutrino and dark matter physics, try to understand the origin of neutrino mass and the nature of dark matter particles. With the help of the data from lots of active neutrino/dark matter and collider experiments, we plan to study the common origin of neutrino mass and dark matter particles, scotogenic neutrino mass model building and its phenomenology, as well as the case where keV sterile neutrino behaves as dark matter candidate. We will study the phenomenology of the triplet Higgs/sterile neutrino portal dark matter simplified models. We will also study the scenarios using the solar neutrino as the probe to indirectly search dark matter. This project is helpful to understand the nature of new physics beyond the standard model.

探索中微子质量起源机制和大量存在宇宙中的暗物质本质是寻找超出粒子物理标准模型新物理的直接途径，中微子和暗物质物理均已成为当前高能物理前沿研究的重要课题。本项目主要结合中微子质量起源机制和暗物质粒子本质，重点研究两者之间的内在关联，紧密结合各种中微子实验、暗物质探测实验以及对撞机实验数据，开展以下理论研究：中微子质量起源和暗物质粒子产生机制的统一研究，系统研究含有暗物质粒子的圈图层次跷跷板机制模型实现和相关唯象学，以及keV惰性中微子作为暗物质的机制和唯象学；跷跷板机制中新粒子自由度作为暗物质和物质间相互作用的媒介粒子简单化模型唯象研究；太阳中微子束流作为暗物质间接探测探针的研究。项目的开展可促进我们对超出标准模型新物理的进一步认识。

探索粒子物理标准模型外新物理是当前粒子物理领域的重要科学问题。中微子、暗物质和顶夸克等是寻找粒子物理标准模型外新物理的良好探针和直接途径。项目基于中微子质量起源机制、暗物质本质和宇宙正反物质不对称，结合中微子实验、暗物质探测实验和高能对撞机实验，具体开展中微子质量起源、暗物质粒子本质和重子起源及它们相互的关联统一研究、中微子质量起源模型中新粒子自由度作为暗物质媒介粒子的模型唯象学研究、以及对撞机上寻找相关新物理的理论研究。. 项目具体研究了Freeze-in类型暗物质的残余丰度的宇宙早期演化情况，详细分析计算了之前被忽略的重加热温度时期的贡献。我们计算了在scotogenic中微子质量模型中，上述效应对惰性中微子作为极弱相互作用大质量 暗物质的残余丰度的贡献；基于中微子质量第一类型跷跷板模型，详细研究了非标准宇宙学中的轻子生成机制，及对具体模型中模型参数范围的改变；扩充含有两个希格斯二重态的Georgi-Machacek模型，构造了一个可以同时实现中微子质量起源、暗物质粒子和重子起源的统一模型，并详细研究了模型相关的唯象学；结合第二类型跷跷板中微子质量模型，研究了两个三重态希格斯粒子作为暗物质媒介的唯象学；对在B介子工厂通过B介子衰变寻找暗规范波色子和在LHC实验上通过四顶夸克产生、顶夸克对-希格斯联合产生和三顶夸克产生来测量顶夸克汤川耦合系数、Higgs衰变宽度、以及有味改变中性流过程的可行性和精度¬进行了理论分析。.研究结果对我们理解暗物质本质、中微子质量和混合起源、重子起源及它们之间的关联，构造相关模型来探索超出标准模型外新物理具有一定的科学意义。