探测重中微子的混合参数 $|V_{\tau N}|^2$

由于末态 tau 轻子难以探测，与其他混合参数 $|V_{e N}|^2$ 和 $|V_{\mu N}|^2$ 相比，当前实验对重中微子 $N$ 的混合参数 $|V_{\tau N}|^2$ 研究尚不充分。本文关注一种具有挑战性的情形，即 $N$ 仅与 tau 味活跃中微子混合，亦即 $|V_{\tau N}|^2 \neq 0$ 且 $|V_{e N}|^2 = |V_{\mu N}|^2 = 0$。我们从稀有 $Z$ 玻色子衰变和电弱精确数据(EWPD)推导了当前对 $|V_{\tau N}|^2$ 的约束。为预测未来极限，我们还研究了在未来质子-质子对撞机上通过马约拉纳重中微子产生信号 $p p \to \tau^{\pm} \tau^{\pm} j j$ 的过程。为压低本底，要求两个 tau 均轻子型衰变为缪子，导致末态包含两同号缪子、至少两个喷注以及中等缺失能量。我们在质心能量为 14 TeV 和 100 TeV 的 HL-LHC 与 SppC/FCC-hh 上模拟了信号及相关的本底过程。执行了基于预选和机器学习的多元分析以压低本底。基于稀有 $Z$ 玻色子衰变和 EWPD 的观测，以及在积分亮度为 3 和 20 ab$^{-1}$ 的 HL-LHC 和 SppC/FCC-hh 上的搜索，给出了重中微子质量在 10-1000 GeV 范围内对 $|V_{\tau N}|^2$ 的极限。