Z 玻色子衰变为 Majorana 或 Dirac（重）中微子

我们计算了在电子-正电子对撞中 Z 玻色子静止产生时，其衰变为重-轻中微子对的运动学，包括重中微子随后衰变为含带电轻子的可见末态。我们聚焦于数十 GeV 量级的重中微子质量，以及判别中微子本质（Dirac 费米子或 Majorana 费米子）的问题。我们发现，尽管无法在逐事件基础上判断重与轻中微子的本质，但给定足够大的重-轻中微子对样本，仍可推断中微子的本质。我们确定了两个对中微子本质敏感的观测量。其一是子代带电轻子的前后不对称性。若中微子为 Majorana 费米子，该不对称性严格为零；若中微子为 Dirac 费米子，对带正电与带负电的子代带电轻子，该不对称性非零且符号相反。另一观测量是重中微子的极化，它印迹于子代带电轻子在实验室系中的能量分布中。在 Z 极点处的电子-正电子对撞中产生的 Dirac 中微子与反中微子具有强极化，而 Majorana 中微子至多与 $Z$ 玻色子极化程度相当。