第四种中微子及其对 CP 不对称性的影响

本文对标准模型物质成分中引入第四种中微子对中微子振荡实验中 CP 破坏观测量的影响进行了一般性分析。研究了真空中的中微子振荡以及包含物质效应的情况。对于前者，我们利用更新后的 PMNS 混合矩阵拟合，更新并推广了关于额外活性中微子 CP 不对称性的先前研究。我们研究了在 T2K 和类 MINOS 实验装置中使不同 CP 不对称性最大化的新 CP 破坏相角的值，旨在阐明在最有利情况下新相角是否会产生可测量的效应。我们表明，由于运动学和幺正性的综合效应，有可能在不违反 CPT 的情况下在生存通道中获得可观测的不对称性。对于类 MINOS 装置，我们发现真空中的最大不对称性在 $\nu_\mu \to \nu_e$ 和 $\nu_e \to \nu_\tau$ 通道中分别约为 2% 和 4%。对于类 T2K 装置，我们在生存 $\nu_\mu \to \nu_\mu$ 通道中获得约 6% 的最大不对称性。树图阶物质效应增强了前者，使 $\nu_\mu \to \nu_e$ 和 $\nu_e \to \nu_\tau$ 通道的不对称性达到约 10%，而 $\nu_\mu \to \nu_\mu$ 生存通道则根据质量层级略有变化。我们还考虑了以第四质量本征态为虚粒子的盒图，发现其对散射振幅的修正可忽略不计。