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中微子质量与味混合的起源

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摘要

第1章 绪论

1.1 中微子振荡

1.1.1.太阳中微子振荡

1.1.2.大气中微子振荡

1.1.3.反应堆中微子振荡

1.1.4.加速器中微子振荡

1.2 味对称性和广义CP对称性

1.3 中微子质量生成

第2章 味对称性对轻子和夸克混合模式的预言

2.1 味对称性的理论框架

2.2 SU(3)子群对味混合的预言

2.2.1.剩余对称性及其对角化

2.2.2.Dirac中微子理论对轻子混合模式的预言

2.2.3.Majorana中微子理论对轻子混合模式的预言

2.2.4.数值结果

2.2.5.对夸克混合模式的预言

2.3 U(3)子群Σ(3N3)对味混合模式的预言

2.4 有限分立群扫描对混合模式的预言

2.4.1.轻子混合模式的预言结果

2.4.2.夸克混合模式的预言结果

2.4.3.轻子和夸克混合模式的共同预言结果

2.5 本章小结

第3章 有限分立群与CP扫描对轻子混合的预言

3.1 广义CP对称性的理论框架

3.1.1.“Semidirect”方法

3.1.2.“Variant of semidirect”方法

3.2 有限群扫描对轻子混合的预言及现象学

3.2.1.“Semidirect”方法给出的预言

3.2.2.“Variant of semidirect”方法给出的预言

3.3 本章小结

第4章 D9n(1),3n和广义CP对轻子混合的预言

4.1 与D9n(1),3n相容的广义CP

4.2 理论框架

4.3 “Direct”方法预言的轻子混合

4.4 “Semidirect”方法预言的轻子混合

4.5 “Variant of semidirect”方法预言的轻子混合

4.6 本章小结

第5章 单圈Dirac中微子质量和暗物质候选者的系统研究

5.1 量纲为六的Dirac中微子质量算符树图和圈图的系统分类

5.2 禁戒低阶贡献的可能途径

5.3 暗物质候选者

5.4 本章小结

第6章 量纲为5的Dirac中微子质量有效算符的系统研究

6.1 树图和单圈图中微子质量

6.2 禁戒低阶贡献

6.3 暗物质候选者

6.4 本章小结

第7章 总结和展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

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摘要

在粒子物理学中,中微子质量与味混合的起源一直都是研究的热点问题,随着中微子实验的稳步推进,轻子部分的三个混合角都得到了精确的测量,CP相位也有望在未来的中微子振荡实验中被测出,这为人们进一步探索中微子味物理与中微子质量的本质提供了良好的条件。为了模型无关的得到分立味对称性对轻子和夸克混合模式的预言,假定中微子为Dirac粒子,对SU(3)子群做了系统的解析研究。发现D类群可以预言满足3σ实验限制的结果,得到的混合模式为“trimaximal”模式,但对于Dirac CP相位的预言是平庸的。将味对称性拓展到了夸克部分之后,发现D类群可以很好地解释Cabibbo混合模式。此外,还利用GAP软件对阶数小于2000的分立群做了全面的扫描,发现只有90(10)个群可以解释Dirac(Majorana)中微子在实验上观测到的混合模式,也研究了可以同时解释轻子混合角与Cabibbo角的群。并且得到的轻子混合模式仍然是“trimaximal”混合,Dirac CP相位仍然是平庸的。可以得到实验上观测到的混合角的最小的群是[162,10],[162,12]和[162,14]。对于夸克味混合,扫描结果显示无法生成与Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵元素大小次序一致的混合模式,只能得到Cabibbo混合。如果要求前两代左手夸克场是按照二维表示变换,那么实验上观测到的Cabibbo混合角可以很容易地得到。也讨论了可以同时解释轻子混合角与Cabibbo角的群。
  进一步在味对称性的基础上引入广义CP对称性,对分立群做了扫描,得出了阶数小于2000的所有的群对轻子混合模式的预言。对“semidirect”方法和“variant of semidirect”方法都做了分析。和实验相符的轻子混合模式可以被分为八类,这些混合模式都可以在分立群Δ(6n2),D(1)9n3n,A5和∑(168)中引入广义CP后得到。针对每一种混合模式,都做了详细的解析和数值的分析,并且研究了这些结果对轻子混合参数,无中微子双贝塔衰变以及含味的轻子生成机制的预言。作为味对称性和广义CP解析研究的一个例子,对D类群D(1)9n,3n和广义CP做了详尽的分析。给出了所有可能的遗留对称性以及它们对轻子混合参数的预言。值得注意的是,D(1)9n,3n群序列中n=1,2对应的两个比较小的群可以和实验符合得很好。
  为了自然地解释Dirac中微子质量,系统地分析了量纲为5和量纲为6的有效算符。给出了这两个算符所有可能的树图和单圈图的实现,并且通过计算给出了它们对应的场成分和中微子质量矩阵。中微子质量的低阶贡献可以通过引入软破缺或非阿贝尔的有限分立群来禁戒。此外,圈图中的电中性粒子可以被视为暗物质候选者,对于每一个模型,给出了可能的暗物质候选者,并且对模型中的参数α给出了约束条件。对Dirac中微子质量系统分类的工作中给出了一系列的中微子质量新模型,为人们理解和探索Dirac中微子质量提供了更全面的参考。

著录项

  • 作者

    姚昌园;

  • 作者单位

    中国科学技术大学;

  • 授予单位 中国科学技术大学;
  • 学科 理论物理
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 丁桂军,王文阁;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 O572.321;
  • 关键词

    中微子质量; 中微子味; 轻子混合; 矩阵元素;

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