Majorana中微子引起轻子数破坏过程的研究

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中微子振荡实验表明中微子是有质量的。确定中微子究竟属于Dirac型抑或Majorana型粒子是研究中微子质量起源、中微子混合乃至基本粒子之间相互作用的基础,故厘清中微子本质属性即成为了今后一段时期内中微子研究的核心。如果中微子是Dirac型费米子,那么正反中微子不是同一个粒子且不会引发轻子数破坏过程;而如果中微子是Majorana型费米子,那么正反中微子是同一个粒子且可以引发轻子数破坏为2(|△L|=2)的过程。因此,自然界中是否存在|△L| = 2过程是判别中微子属性的关键。目前理论和实验所关注的轻子数破坏过程主要为三体衰变,对重介子和τ的四体衰变过程研究则相对较少,而后者却更有希望成为突破口:重介子实验产率高,且其四体衰变分支比与相应的三体过程同量级;而τ的四体衰变中存在三体过程所不具备的|△L| =2现象。故而研究轻子数破坏的重介子和τ四体衰变就显得相当有必要。本文研究了轻子数破坏的重介子B和D衰变到赝标量介子的四体过程B(D)→M1l2l2M2:利用=基于势模型的Bethe-Salpeter方法构造了赝标量介子波函数,并在瞬时近似条件下求解了相关强子矩阵元;通过有质量中微子的带电流相互作用拉氏量得到轻子数破坏部分的跃迁振幅;运用蒙特卡罗随机数值积分方法计算了四体相空间积分;给出这些过程衰变分支比与 Majorana中微子质量间的依赖关系;对分支比曲线在不同中微子质量区间呈现的分段现象进行了深入分析。综合考虑实验上初态重介子产生率和末态粒子探测效率,估算了其中几条分支比较大衰变道的重建事物例数,以研究目前通过寻找此类衰变确定中微子Majorana属性的可能性。首先利用三体衰变与对应的四体过程混合参数相同这一关系,对介子三体轻子数破坏衰变M→M1l1l2进行了计算,结合其分支比上限的最新实验结果,重新划定了混合参数被排除的区域。而后利用更新的混合参数研究了 B介子衰变到矢量介子的四体轻子数破坏过程B → D*l1l2M2;计算了其衰变分支比与中微子质量间的依赖关系,其中强子矩阵元部分涉及的矢量介子波函数利用瞬时Salpeter方程在初态粒子质心系求解得出;分析了混合参数在不同中微子质量区间对衰变分支比的影响;探讨了实验上可通过寻找哪些重介子B的四体轻子数破坏过程确定中微子Maj orana属性。对比分析了仅能由Majorana中微子引发的轻子数破坏过程τ+ →e+e+π-υ-τ和既可由Majorana中微子引发又可由Dirac中微子引发的轻子味道数破坏过程τ+→ e+e+π-υe。由于末态存在不易探测的标准模型中微子,实验上不能仅通过产物来区分它们,据此计算了在τ质心系下前述两衰变道的微分分支比关于π介子的能量谱,用以说明以上两个过程的差异.为排除重中微子和带电轻子间混合参数所带来的影响,还计算了归一化微分分支比关于π介子的能量谱,并结合未来试验的升级情况论证了利用上述过程在mπ
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