中微子质量和混合模型与味对称性的研究

发布时间：2019-02-16 16:07

【摘要】：各种中微子实验以确凿的证据证实了中微子存在微小的质量并且味态间存在混合,从而使中微子在传播中产生味转换即振荡的现象。这解决了存在三十余年的太阳中微子失踪之谜与大气中微子反常问题。目前对中微子的基本图像认识是轻中微子质量在sub-eV量级,其混合模式是双大一小的结构,在弱作用过程中只有左手手征分量场参与。由于在标准模型中无法解释其质量与混合,需扩展标准模型加入新的手征场或标量场,以此得到非零质量。对于混合模式,常引入非阿贝尔分立对称群得到满足一定对称性的中微子质量矩阵,从而在对角化过程中得到某些简单而又符合实验的混合模式。本论文主要研究有限非阿贝尔分立对称群作为味对称群下的中微子质量与混合模型,在领头阶给出三双最大(TriBiMaximal)昆合,并通过带电轻子的修正获得非零的反应堆角θ_(13)。再者通过研究获得非零θ_(13)的方案,约束中微子Yukawa元素得到尽可能简单的结构,并能在分立味模型中得以具体实现。本论文主要内容包括以下章节：第一章,绪论。我们介绍中微子与弱相互作用发展过程中的主要理论与实验,阐述了围绕中微子而产生的层出不穷的矛盾。正是这些矛盾一步步推动人们朝着对物质结构和相互作用认识的正确方向曲折前进。同时我们将目前对中微子主要的已知图像给出,并阐述几个重要的“已知的未知”引出未来中微子物理或粒子物理要面临解决的重要问题。第二章,中微子混合与振荡。作为中微子研究的基础,我们详细介绍了中微子质量与混合的理论,并对振荡行为进行系统而简明的阐述。首先回顾电弱统一标准模型,给出此时相互作用拉氏量,以及赋予物质与规范粒子质量的Higgs机制,并引出混合的概念来源；然后扩展标准模型,以得到中微子不同类型的质量以及解释其微小性的跷跷板(Seesaw)机制,接着介绍相应混合矩阵的参数化方案,最后给出标准的真空与物质中的振荡几率并介绍主要的振荡实验类型。第三章,中微子混合模式与分立味对称性。我们回顾中微子味道之谜面对的主要问题,介绍几种简单的中微子常数混合模式,主要是不包含θ_(13)的几种双大混合。作为例子,我们在A4分立味群下介绍一个典型的味对称模型的构造,给出导致味对称性破缺的真空构型,以及相应的中微子质量结构。在领头阶得到三双最大混合,在次级修正中得到非零的θ_(13),虽然与实验结果相差很大。第四章,大统一味对称模型。为解决上一章中简单的A4味模型无法给出较大反应堆角θ_(13)的缺陷,我们引入更大的味对称群S4,并结合大统一理论(GUT)的SU(5)规范群,将夸克与轻子联系起来以得到所期望的质量结构与混合。为了满足特定的角度与质量之间的GUT关系,讨论了一般的down-型夸克与轻子的Yukawa结构并对相应元素的CG系数比关系做出约束。在领头阶中微子部得到TriBiMaximal混合,同时在引入伴随场II24后得到需要的奇异CG因子导致电子与down夸克质量的新的比值关系：me=8md/27,而Georgi-Jarlskog关系和bottom-tau统一关系也得以保留。我们获得了正确的夸克的CKM混合矩阵,较大的类CKM带电轻子混合其相应的混合角θe12在Cabibbo角θc量级。这样最终的轻子PMNS混合矩阵能够给出符合实验的经验关系θ_(13)=θc/(?)。第五章,非零θ_(13)与Yukawa结构。由于一般来说味模型往往在领头阶先给出Tribimaximal混合结构,然后需要对其修正尤其是带电轻子部的修正才可得到非零θ_(13)。我们考察了直接在中微子部得到非零θ_(13)的可能,在味基矢下给出两个最小方案,其中在预对角化的中微子有效耦合矩阵中都有四个结构零,我们对相应的Yukawa矩阵元素的约束条件进行了分类。只需对约束求解并对部分参数做特定选择,可得到简单的Yukawa耦合矩阵结构且能够在非阿贝尔分立味模型中得以具体实现,由中微子质量矩阵对角化最终直接得到非零的θ_(13)混合角。第六章,总结与展望。对中微子质量与混合等味道问题进行总结,并对中微子未来的发展与面临问题的解答做一展望。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O572.321

【相似文献】