轻子味结构及其物理和相关现象与理论的研究

Exploring physics beyond the Standard Model (BSM) is a central task of contemporary particle physics. Neutrino oscillation experiments show clearly that neutrinos have tiny masses that can hardly be explained in a natural way in the framework of the Standard Model. At the same time, most neutrino or lepton mixing parameters have also been measured rather accurately in neutrino oscillation experiments. The underlying physical laws behind those experimental results, their theoretical explanations, and relevant phenomena are all important BSM research subjects received substantial attention. Exploring BSM physics via the study of these subjects is just the primary intent of this research project. More concretely, the research in this project includes: (1) the study of lepton mixing, including the study of lepton mixing and mass matrices and, in particular, their structural properties, formalized descriptions, theoretical implications and applications; (2) the research on theories of lepton flavor structure and relevant phenomena, especially the study of lepton flavor symmetries and the building and the study of flavor models constructed together with other BSM theories; (3) exploring the implications of sterile neutrinos on lepton flavor physics and relevant phenomena and theories. We believe that the research on lepton flavor structure and its physics will not only improve our understanding of the lepton sector, but also can provide powerful impetus for the study of BSM physics.

探索超越标准模型的物理是当前粒子物理的中心任务之一。中微子振荡实验不仅明确表明中微子具有标准模型难以合理解释的微小质量，还较为精确地测量了大部分中微子或轻子混合参数。对这些实验结果背后的物理规律、它们的理论解释和相关现象的研究是超越标准模型研究中的部分重要课题，并且都得到了广泛的关注。通过对这些课题的研究探索超越标准模型的物理正是本项目研究工作的主旨。具体来说，本项目的主要研究内容包括：(1) 轻子混合图像的研究，包括对混合矩阵及质量矩阵的研究，特别是它们的结构性特点、形式化描述及其理论意义和应用；(2) 轻子味结构的理论及相关现象的研究，特别是轻子味对称及结合其它超越标准模型的物理理论开展的味模型的构建和研究工作；(3) 探讨惰性中微子对轻子味物理的影响以及相关现象和理论。相信对轻子味结构及其物理的研究不仅可增进我们对轻子部分本身的理解，还可以为超越标准模型的研究提供有力的推动作用。

标准模型虽然成功地解释和预测了绝大多数已知的粒子现象，但仍然有一些无法在标准模型框架内得到合理自然解释的理论疑难，例如等级问题和规范群的来源问题，以及一些粒子和天体现象，例如中微子的质量问题和暗物质问题，所以标准模型被广泛认为只是一个低能有效理论，超越标准模型的新物理必然存在而且极有可能在低能区产生可观测的效应。因此，新物理也被认为是将来粒子物理能否取得突破的关键之一，并得到了持续而且广泛的关注。本项目正是在这样的背景下计划和开展工作的。. 超越标准模型的新物理是一个非常广泛的研究领域，有着众多重要的研究方向，涉及味物理的研究是其中的一个。在味物理中，轻子的味结构及其产生机制有着特殊的地位。这一方面因为中微子振荡实验已经提供了充分的数据，其实验拟合结果显示出了引人注目的特点，并且和许多基于离散对称性的理论模型的预测基本一致。另一方面，标准模型本身却不能给出轻子味结构的一个合理自然的解释。这两者为研究提供了坚实的实验基础及充分的理由和动机。同时，各种超越标准模型的研究成果也为轻子味结构的研究提供了良好的理论基础。此外，还有包括LHC在内的许多实验仍将不断提供实验数据。因此，可以预见探索味物理中超越标准模型的现象和理论在未来较长一段时间内都将是一个重要的研究领域。这也是本项目中我们以轻子味结构及其物理和相关现象与理论为主要研究课题的原因和动机。. 按照本项目计划，我们开展了与轻子味结构相关的研究工作，以及其它相关工作。具体来说，我们的研究内容主要包括：一、以夸克轻子味结构存在关联的设想为基础，对三中微子轻子混合的唯象研究；二、惰性中微子对轻子混合和中微子振荡的影响；三、以味对称性结构为基础的轻子味模型的构建和研究；四、超越标准模型的共形和标度不变的模型和理论的研究；五，纠缠纯化熵及相关物理量在全息理论中的对偶及其性质的研究工作。本项目成员的工作取得了一些阶段性的结果和成果。其中具有一定创新性的成果包括，在共形不变的标准模型的研究中提出了暗物质的新的候选者，澄清了共形对称性与标度不变性之间的一些联系。此外，在全息理论的研究中，发现了纠缠纯化熵的一些新性质。这些新的成果对于相关的研究能够起到积极的推动作用，也是取得进一步的进展的重要基础。在项目的资助下，我们会在这些基础上继续开展科研工作，争取取得更多更好的成果。