活性中微子与惰性中微子的混合

我们研究了$\nu$MSM（中微子最小标准模型）中的中微子混合，该模型是在MSM基础上扩展了三个右手中微子。特别地，我们研究了三个左手中微子$\nu_\alpha$（$\alpha = e,\mu,\tau$）与两个惰性中微子$N_I$（$I=2,3$）之间的混合矩阵$\Theta_{\alpha I}$的元素，这两个惰性中微子负责通过跷跷板机制产生活性中微子的压低质量以及宇宙重子不对称性（BAU）。结果表明，当活性中微子质量具有正常顺序且Chooz角$\theta_{13}$较大时，$\Theta_{eI}$可以被压低到比$\Theta_{\mu I}$和$\Theta_{\tau I}$低多个数量级。然后，我们在此框架下讨论了无中微子双贝塔衰变，不仅考虑了活性中微子的贡献，还考虑了所有三个惰性中微子的贡献。结果表明，当$N_2$和$N_3$的质量小于几百MeV时，它们会给出显著的、相消的贡献，因此$\Theta_{e I}$不受当前此类衰变界限的严格约束。最后，我们讨论了所得结果对在介子衰变中直接搜寻$N_{2,3}$的影响，针对$N_{2,3}$质量小于π介子质量的情况。我们表明，即使施加了来自大爆炸核合成对$N_{2,3}$寿命的当前界限，在正常顺序情况下，存在具有如此小质量的$N_{2,3}$的允许区域。还指出，由于$\Theta_{eI}$中的抵消效应，通过$\pi^+ \to e^+ + N_{2,3}$和$K^+ \to e^+ + N_{2,3}$的直接搜寻可能会遗漏这样的$N_{2,3}$，因为分支比可能极小；但通过将分支比的测量改进5倍，利用$K^+ \to \mu^+ + N_{2,3}$的搜寻可以覆盖整个允许区域。