LSND、KARMEN和MiniBooNE实验疑难问题的解决

本文试图调和来自LSND、KARMEN和MiniBooNE实验的令人困惑的中微子振荡结果。我们证明，LSND关于$\bar{\nu}_\mu \to \bar{\nu}_e$振荡的证据、其与KARMEN结果的长期不一致，以及MiniBooNE在$\nu_\mu$和$\bar{\nu}_\mu$数据中观测到的反常事件超出，都可以通过存在一个重惰性中微子($\nu_h$)来解释。假设$\nu_h$在$\nu_\mu$中性流相互作用中产生，并辐射衰变成一个光子和一个轻中微子，所有这些结果彼此一致。假设$\nu_h$通过与$\nu_\mu$混合产生，对LSND和MiniBooNE超出事件的联合分析表明，$\nu_h$质量在40至80 MeV范围内，混合强度为$|U_{\mu h}|^2 \simeq 10^{-3}-10^{-2}$，寿命为$\tau_{\nu_h} \lesssim 10^{-9}$ s。令人惊讶的是，发现这个LSND-MiniBooNE参数窗口不受最灵敏的重中微子搜索实验结果的约束。我们根据TWIST实验对Michel谱的精确测量，为LSND-MiniBooNE有利质量区域设定了$|U_{\mu h}|^2$的新上限。所得结果为在不久的将来通过$K$衰变或中微子实验灵敏地搜索$\nu_h$提供了强有力的动机，这很好地契合了CERN或FNAL现有/计划的实验项目。本文还简要讨论了重中微子是狄拉克粒子还是马约拉纳粒子的问题。