FASER 实验中 Dirac 与 Majorana 中微子的鉴别

中微子质量的最简单模型之一涉及右手中微子 (RHNs)，它们可以是 Dirac 粒子或 Majorana 粒子——这一区别对夸克数守恒和中微子的基本性质具有深远影响。我们研究了 FASER 实验鉴别这两种可能性的潜力，其依据是基于标准模型中微子有效场论 (SMNEFT) 所预测的签名，其中 RHNs 通过更高维算子与标准模型粒子相互作用。我们聚焦于在大型强子对撞机中通过 $B$、$D$、$K$ 和 $\pi$ 介子衰变产生的 RHNs 及其在 FASER 检测器内的三体衰变。RHN 静止系中的衰变产物的动力学和角分布存在显著差异，这些差异体现为 FASER 处 electron-positron 对的不同空间分布。通过蒙特卡罗仿真和 $\chi^2$ 分析，我们展示了这些空间可观测量提供了鲁棒的实验探针，用于确定 RHNs 是 Dirac 还是 Majorana 性质。对于特定的产生和衰变算子组合以及约 0.1 GeV 的 RHN 质量，FASER 能够实现 3$\sigma$ 级别的鉴别。