如何寻找 nuMSM 中的中性轻子？

标准模型通过引入三个质量小于电弱能标的单态费米子进行扩展，可同时解释中微子振荡、暗物质以及宇宙的重子不对称性。我们讨论了该模型中中性轻子的性质及其在粒子物理实验中的搜寻途径。特别是，我们基于宇宙学考量和中微子振荡数据，确立了中性轻子相互作用强度的上下界。我们分析了不同介子衰变及$pp$碰撞中中性轻子的产生过程，详细研究了中性轻子的衰变，并基于现有实验数据和大爆炸核合成（Big Bang Nucleosynthesis）确立了其质量下限。我们认为，搜寻介子衰变中特定的丢失能量信号，将能显著加强关于中性费米子耦合的限制，并在介子阈值以下发现或明确排除它们。若要进入介子质量以上具有宇宙学意义的参数范围，则需要利用高强度质子束进行类似于 CERN PS191 实验的专用搜寻。我们主张，利用 CNGS、NuMI、T2K 或 NuTeV 束流，可在 nuMSM 参数空间的很大一部分区域内搜寻质量低于粲夸克阈值的单态轻子。而在 2-5 GeV 质量区间搜寻单态费米子，则需要大幅提高质子加速器的强度，或对超过$10^{10}$次 B 介子衰变的运动学进行详细分析。