第四代 Majorana 中微子、暗物质与 Higgs 物理

我们考虑了具有第四代费米子 (SM4) 的标准模型扩展，其中引入了额外的对称性，使得第四代费米子与前三代费米子之间的跃迁被禁止。在这些模型中，直接搜索对第四代夸克质量的严格下限得以放宽，且最轻的第四代中微子可以是稳定的且质量足够轻，从而触发 Higgs 玻色子的不可见衰变。此外，第四代 Majorana 中微子可以成为次要但高度可探测的暗物质成分。我们对当前 LHC 关于此类 SM4 中 Higgs 产生和衰变的数据进行了全局分析。结果表明，最轻的第四代 Majorana 中微子的质量被限制在 $\sim 41-59$ GeV 范围内。在允许的参数空间内，预测的自旋无关 DM-核散射有效截面为 $\sim 3\times 10^{-48}-6\times 10^{-46} \text{cm}^{2}$，这接近当前的 Xenon100 上限，并在不久的将来处于 Xenon1T 实验的探测范围内。预测的自旋相关截面也可达到 $\sim 8\times 10^{-40}\text{cm}^{2}$。