物科院武雷教授在中微子质量起源研究中取得重要进展

发布时间:2020-05-11 南师物理学院 浏览次数:

 
        物科院武雷教授最近在中微子质量起源研究中取得重要进展,提出了在大型强子对撞机(LHC)上通过顶夸克衰变寻找重Majorana中微子的全新方法。研究结果发以快报(Rapid Communication) 形式发表于PHYSICAL REVIEW D 101, 071701(R) (2020)。PRD Rapid Communication是粒子物理与场论研究领域顶级期刊之一,也是入选自然指数(Nature Index)统计源的全球82本顶级期刊之一。



        中微子物理一直是高能物理学研究的重要前沿课题,历史上相关研究成果曾四次获得诺贝尔物理学奖(1988,1995,2002,2015)。在粒子物理标准模型中,中微子的质量是严格为零的。然而,来自太阳、大气、加速器和反应堆的中微子振荡现象都表明,中微子应具有微小的质量(sub-eV量级)。为解释中微子的微小质量,物理学家们对标准模型进行了多种扩充。其中最受欢迎的是一种“跷跷板”机制(seesaw mechanism):通过引入三个新的右手重中微子,自然地产生上述实验中所观测到的中微子质量。在这种机制中,中微子可以是Majorana粒子(即其正、反粒子是同一种粒子),也可以是Dirac粒子(即其正、反粒子是不同的粒子)。因此,确定中微子是Majorana型还是Dirac型对理解中微子质量起源和寻找新物理至关重要。
 



        目前流行的确定中微子该性质的实验是无中微子双贝塔衰变实验。武雷教授课题组与其合作者(山东大学司宗国教授、烟台大学祝斌副教授)提出一种新的探测方法,即:在大型强子对撞机上寻找TeV-scale seesaw模型中重Majorana中微子诱导的顶夸克新的五体衰变过程。该过程末态由同号轻子以及多个强子喷注组成,具有极低背景,易于探测。通过数值模拟发现,目前LHC以及未来高亮度LHC(HL-LHC)将可以在重中微子质量区间15-80 GeV对轻重中微子混合参数给出新的限制,并超过现有对撞机实验所给出的结果。该成果对寻找重Majorana中微子提供了新的思路。
        论文第一作者为我校刘宁副教授,通讯作者为武雷教授和周航博士后。此项研究得到国家自然科学基金、江苏省特聘教授启动基金和江苏省博士后科研项目的共同资助。
        原文链接:https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.101.071701