中微子-中微子对撞的物理依据

探究中微子的质量起源与性质对粒子物理、重子生成与宇宙学具有强烈意义。流行的解释涉及标准模型之外的物理，例如五维 Weinberg 算符或源自“跷跷板”模型的重 Majorana 中微子。当前由原子核 β 衰变或无中微子双 β 衰变过程导出的电子中微子质量最佳直接限制处于亚电子伏特水平。在此我们提出一种新颖的中微子-中微子对撞机，其中中微子束由 TeV 尺度 μ 子衰变产生。此类碰撞可发生于中微子与反中微子之间，或中微子与中微子之间。我们发现，仅需约 $10^{-5}$/fb 的微小积分亮度，即可预期观测到直接的中微子-反中微子湮灭，$\nu\bar{\nu}\rightarrow {\rm Z}$，这也开启了探索中微子相关共振 $\nu\bar{\nu}\rightarrow {\rm X}$ 的大门。低亮度要求可容纳相对大发射度的 μ 子束。此类装置亦能通过 $\nu\nu\rightarrow {\rm H H}$ 以具竞争力的水平探测重 Majorana 中微子与有效 Majorana 中微子质量，对电子与 μ 子类型均如此。