味道与CP对称性及其破坏在中微子物理中的应用

As all the neutrino mixing angles take special values approximately, it has attracted a lot of attention to explain the neutrino mixing pattern in terms of flavor symmetries. Thanks to the current precision measurements, however, it should be noted that they have considerably deviated from the specific values predicted by flavor symmetries. Therefore, in this project special attention will be devoted to the fine relations between symmetry breakings and deviations of the mixing angles from special values. Noteworthy, the resulting mixing pattern will depend on the neutrino mass spectrum after the symmetry breaks. And this may help us establish some relations between the mixing angles and neutrino mass spectrum. After a systematic analysis for the various symmetry-breaking patterns, we will study phenomenological consequences of the symmetry breaking induced by renormalization group running as well as the mixing between active and sterile neutrinos. In light of the on-going experimental efforts for measuring the leptonic CP violation, we attempt to explain the origin of CP violation and predict the CP-violating phase by means of the spontaneous breaking of CP symmetry. To be specific, the CP-violating phase will be specified the phenomenologically preferred value ±π/2 in a model giving rise to the so-called TM1 or TM2 mixing pattern. Furthermore, the efficiency of leptogenesis in this model will also be analyzed. Finally, we will investigate the possibility of connecting the quark and lepton flavor physics in the SO(10) grand unified theory, with the aim of inferring the unknowns in the lepton sector from the precision results in the quark sector.

轻子混合角都非常接近特殊值，因此用味道对称性对其进行解释的尝试近年来备受关注。随着实验的进展，它们都已得到精确测量，然而其观测值与味道对称性所支持的特殊值有不同程度的偏离。因此，本项目将特别关注对称性破坏与混合角偏离特殊值之间的精细关系。给定破坏模式的唯象后果将依赖于中微子质量谱，这使我们有可能通过混合角推知质量谱。在系统分析各种可能的破坏模式后，将重点考察重整化群跑动、中微子与惰性中微子混合等特定物理引起的对称性破坏。紧密结合实验上测量CP破坏的动向，本项目将用CP对称性的自发破坏解释其起源并预测CP相位的取值。具体来说，将在实现TM1或TM2混合的模型中利用CP自发破坏把相位确定为唯象所需的±π/2。此外，该模型中的轻子生成问题也将得到研究。最后，我们将探究在SO(10)大统一模型中联系夸克与轻子味道物理的可能性，以期通过夸克精确结果推知轻子未知物理量。

在过去的三年中，申请人按照申请书中所列计划积极开展了科学研究、学术交流、人才培养等各项活动，顺利完成了各项预期目标。具体而言，在长期研究积累的基础上，继续深化对中微子质量、混合及CP破坏的研究，特别是对mu-tau对称性的破坏、应用及推广做了深入细致的研究，并开始着手对最小跷跷板模型的系统性研究。加强了对无中微子双贝塔衰变的研究，主要研究了未知的中微子物理量（中微子绝对质量和马约拉纳CP相位）对相关实验的影响，并与三位中国科学院高能物理研究所的合作者共同完成了无中微子双贝塔衰变思想库书第一章的写作。另外，通过与本单位岳崇兴教授的合作开始参与中微子模型在对撞机上的信号的研究。这些研究取得了一系列成果，在JHEP、EPJC、PRD、NPB等国际主流学术期刊发表SCI论文13篇（其中包括1篇已接受发表的论文），此外还有1篇论文在审稿当中。这些研究成果对中微子质量、混合及CP破坏的理论研究以及无中微子双贝塔衰变的实验探索等具有重要的参考价值。此外，在国内外学术会议做报告7次，其中包括FLASY2019国际会议大会邀请报告。与岳崇兴教授共同组织了2018年粒子物理前沿问题研讨会、2019年东北地区理论物理会议。现指导硕士研究生4名，并协助岳崇兴教授指导毕业1名博士研究生。值得一提的是，还因与中国科学院高能物理研究所邢志忠研究员合作发表于Reports on Progress in Physics的论文A review of mu-tau flavor symmetry in neutrino physics获得英国物理学会出版社颁发的2019年中国高被引用作者奖。