通过重 sterile 中微子实现的带电轻子混合

赝标量介子衰变产生带电轻子（$\mu,e$）与大质量中微子的纠缠态。对中微子自由度求迹会得到带电轻子的约化密度矩阵，其非对角元揭示了\emph{带电轻子振荡}。尽管这些振荡在无法观测的极短时间尺度 $\lesssim 10^{-23} s$ 上发生退相干，但它们表明由于共同的中间态而存在带电轻子\emph{混合}。直至单圈阶的带电轻子自能包含负责带电轻子混合的味非对角项：一个是由中间态中的 $W$ 玻色子和大质量中微子主导的“短程”贡献，另一个是由中间态中的赝标量介子和大质量中微子贡献的次主导“长程”项。混合角受到 GIM 压低，且\emph{依赖于动量和手征性}。在缪子和电子质量壳附近，负手征性混合角之差为 $\theta_L(M^2_\mu) -\theta_L(M^2_e)\propto G_F \sum U_{\mu j} m^2_j U^*_{j e}$，其中 $m_j$ 是中间态中微子的质量。TRIUMF 的最新结果暗示，对于质量为 $M_S$ 的一代重 sterile 中微子，存在上限 $\theta_L(p^2\simeq M^2_\mu)-\theta_L(p^2 \simeq M^2_e) < 10^{-14}\,\Big(M_S/\mathrm{100}\,MeV\Big)^2$。我们推导了传播模式的波函数，并讨论了轻子味破坏过程 $\mu \rightarrow e\gamma$ 与带电轻子混合之间的关系，强调对此类过程的测量意味着存在混合的 $\mu, e$ 传播子。此外，将味对角顶点用质量本征态表示会产生新的相互作用，这表明由于混合角对动量和手征性的依赖，可能会对轻子味破坏过程产生进一步的贡献。