惰性费米子在粒子物理学与宇宙学中的意义

中微子质量产生机制、暗物质的本质以及宇宙重子不对称性的起源是粒子物理标准模型无法解释的三个引人关注的问题。在本论文中，我们通过标准模型的一个最小扩展来提供这些问题的可能解决方案，该扩展包括在理论的场内容中加入一组惰性费米子。惰性费米子是规范单重态场，可以通过与活性中微子的混合进行相互作用。我们聚焦于逆跷跷板机制，该机制的特征是具有较低的新物理能标（TeV 或更低），并可在当前和未来的实验设施中进行检验。我们给出了指向该机制最小实现的模型构建分析，以及为容纳轻中微子质量并对模型施加所有相关实验约束而进行的唯象研究，还有预期的实验特征。我们展示了惰性中微子作为暗物质成分的可行性，以及在最小逆跷跷板机制中该情景的特征。还探讨了在可检验的轻子生成机制实现中成功解释重子不对称性的可能性。另一方面，在实验室实验中寻找惰性费米子的表现也很重要。我们通过预测由惰性费米子介导的矢量玻色子的轻子数破坏稀有衰变的预期速率，以及研究惰性费米子对电弱精密数据全局拟合的影响来探讨这一问题。