中微子和味物理
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(Harrison,Perkins and Scott)
U MNS
0 2 2 2 2
Sin12
3 ;Sin 23 3
2 ;Sin13 0 2
Z2 , A4 , SO(3)...
Friedberg-Lee Symmetry:
相关文章：
Invariant under Friedberg-Lee symmetry: hep-ph/0606071 Xing, Zhang, Zhou, PLB641 Luo, Xing, PLB 646
13
Global fits:
Sin213 0.050 Sin2 213 0.19
Daya Bay (90%CL) Sin 2 213 0.01
3σ
arXiv:hep-ph/0509019
Kam-Biu Luk, Jan 8 2007 Int'l Symp on Neutrino Physics and Neutrino Cosmology
0 ei 0 . 0 1 0
0 ei 0
0 0 1
J. Valle et al. hep-ph/0405172, updated at Sep 2007
太阳： Super-K, SNO 大气： Super-K 反应堆:KamLAND, CHOOZ 加速器:K2K，MINOS
me
(U
i
2 ei
mi2 )
2
KATRIN: 0.2 eV
2 2
3. Neutrinoless Double Beta Decay m
ee ee
| m1U e1 m2U e 2 m3U e3 | ee
CUORE: 0.02-0.1 eV
Strumia-Vissani arXiv:hep-ph/0503246
1957 Pontecorvo 中微子质量、中微子混合、中微子振荡 _e anti-_e 1957 R.Davis: 反应堆实验 anti- + Cl_37 e + Ar_37 1962 莱特曼（Lederman），施瓦茨（Schwartz） 和斯坦贝格（Steinberge) (获得了诺贝尔物理奖) Brookhaven _ 1962 MNS – Maki-Nakagawa-Sakata 混合角 1967 Pontecorvo _e _ 太阳中微子 失宗 ½
理论问题
为什么中微子质量比带电轻子和夸克小得多？
(约为电子质量的百万分之一，为最重的顶夸 克质量的十万亿分之一)
为什么中微子混合角比夸克混合角大得多
2-3混合角23是否严格地最大？
13混合角数值的大小，Ue3 0 ？ 中微子质量的等级问题 m312 > 0 ？or
m312 < 0 ？
标准模型
规范相互作用
L L i DL L R i DR R 1 FL FL 1 FR FR 4 4
夸克禁闭之谜 味物理之谜
标量相互作用
L R R L
C C N R N R * N R N R
标量场作用势 引力相互作用 真空相互作用
F. Harrison, D. H. Perkins and W. G. Scott, Phys. Lett. {\bf B 530}, 167 (2002) Z.-Z. Xing, Phys. Lett. {\bf B533}, 85(2002). P. F. Harrison and W.G. Scott, Phys. Lett. {\bf B535},163(2002). P.F. Harrison and W. G. Scott, Phys. Lett. {\bf B557},76(2003). X. G. He and A. Zee, Phys. Lett. {\bf B560}, 87(2003). C.I. Low and R. R. Volkas, Phys. Rev. {\bf D68}, 033007 (2003). E. Ma, Phys. Rev. {\bf D70}, 031901R(2004); E.Ma, hep-ph/0701016 G. Altarelli and F. Feruglio, Nucl. Phys. {\bf B720}, 64(2005); E. Ma, Phys. Rev. D72, 037301 (2005).; E. Ma, Mod.\ Phys.\ Lett.\ A 20, 2601 (2005) A. Zee, Phys. Lett. {\bf B630}, 58 (2005). E. Ma, Phys.\ Rev.\ D {\bf 73}, 057304 (2006). G. Altarelli and F. Feruglio, Nucl. Phys. {\bf B741}, 215(2006). W. Grimus and L. Lavoura, {\bf JHEP}, 0601:018(2006). J.E. Kim and J.-C. Park, {\bf JHEP} 0605:017(2006). N. Singh, M. Rajkhowa and A. Borach, hep-ph/0603189. R. Mohapatra, S. Naris and Y.-H. Yu, Phys.Lett. {\bf B639} 318 (2006). P. Kovtun and A. Zee, Phys.Lett. {\bf B640} (2006) 37. N. Haba, A. Watanabe and K. Yoshioka, Phys.Rev.Lett. 97 (2006) 041601. X.G. He, Y.Y. Keum and R. Volkas, {\bf JHEP}, 0604:039(2006). Varizelas, S.-F. King and G.G. Ross, Phys.Lett. B644 (2007) 153. R. Friedberg and T. D. Lee, arXiv:hep-ph/0606071; arXiv:hep-ph/0705.4156 B.Hu, F. Wu and Y.L. Wu, Phys.Rev. {\bf D75} 113003 (2007).
106 cm 2s 1
在5.3 范围 内发生味转化!
Reactor neutrino: KamLAND
arXiv:0801.4589
A scaled reactor spectrum without distortions from neutrino oscillation is excluded at more than 5σ!
V
1 R 16 G
对称破缺之谜 暗宇宙之谜 能量标度之谜
V0
中微子
1930 Pauli：中微子－s=1/2、NWIP、m < m_e
年仅三十岁的年青理论物理学家为解救在衰变中能量不守恒问题以及解释
衰变中遇到的自旋和统计问题，大胆地提出了中微子这个新粒子的存在
1933 Fermi: H_3 He_3 + e + \bar 1957 Lee & Yang, 宇称不守恒 (诺贝尔物理奖 ) CS Wu：宇称破坏实验 1957 Landau, Lee & Yang, Salam 中微子没有质量 m_ =0、二分量理论、 最大宇称破坏 1958 Feynman-Gell-Mann, Marshak-Sudarshan V-A 理论 50周年!!! 1967 GWS 标准模型： 中微子无质量 (诺贝尔物理奖 )
Issues and Test in neutrino physics
1. Dirac / Majorana
Neutrinoless Double Beta Decay
2. Mass scale: m1
2 2 2 3. Mass spectrum: m23 m3 m2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Neutrinoless Double Beta Decay, Single Beta Decay, Cosmology
太阳内部核反应过程产生的中微子只有 e
arXiv:nucl-ex/0610020
Solar neutrino: SNO
总的通量与 SSM 预言一致： SSM 5.051.01 106 cm 2s 1 0.81
0.44 SNO 5.09 0.43 0.46 0.43
Normal, Inverted, Degeneracy
4. How small is θ13, θ23 maximal? 5. Leptonic CP violation 6. 3 flavor unitarity? 7. 4 generation, LSND?
MiniBooNE
Excludes at 98% CL two-neutrino appearance oscillations as an explanation of the LSND anomaly. arXiv:0704.1500
Type II? Type III?
Leptogenesis Mechanism
Fukugita & Yanagida (1986):
Other mechanism for neutrino masses
Two Higgs doublets Model:
E. Ma, PRD 73, 077301, 2006
高能物理分会年会2008
中微子和味物理
吴岳良
中国科学院理论物理研究所 中国科学院卡弗里理论物理研究所 2008.4.26 南京大学
味物理 ?
Up Quark, Down Quark, Strange Quark …? + e、 _e , ICFP2001 Gell-Mann & Fritzsch on the way to Lunch Quantum Number: “Flavor” Flavor Physics: Physics on Quark Flavor and Lepton Flavor CP Violation, Neutrino Physics, B Physics, Charm (J/ψ) Physics, Hadron Physics, New Physics on Flavors, ……
中微子之谜
许多基本问题到目前为止仍然不清楚 中微子是Dirac粒子还是Majorana粒子？
中微子质量的绝对值有多大？ 中微子质量是不是几乎简并的？ 与中微子有关的CP破坏如何？ 中微子的种类，Sterile中微子？ 中微子轻子数不守恒与物质-反物质不对 称的联系怎样？ 中微子对宇宙大尺度的演化以及天体物 理中的奇特现象(超新星暴发等)起着怎样 的作用？
SU (2)L U (1)Y Z2
0 (S iA) / 2
S or A may be Dark Matter!
R. Barbieri, L. Hall and V.S. Rychkov, PRD 74, 015007, 2007
3 loop generation of neutrino masses:
L.M. Krauss, S. Nasri and M. Trodden,
PRD 67, 085002, 2003
Right-handed neutrino as Dark Matter!
Family symmetry
Tri-Bimaximal Mixing:
6 3 6 6 6 6 3 3 3 3 3 3
m 0.61 eV
i
Planck: 0.025-0.1 eV
WMAP 5 years
(95% C.L.)
2. Single Beta Decay
m e 2.3eV Mainz m e 2.2eV T roitsk
m m (0.35 1.24) eV (0.33 1.35) eV (HM) (IGEX)
是混合角
m 2是质量平方差
U MNS
1 0 0 c12 0 s 12
0 c13 s12 . 0 c12 s13e i
0 s13ei c23 1 0 . s23 0 c13 0
s23 c23 0
1967 Davis 开始太阳中微子 实验 1969 Gribov & Pontecorvo 提出 Majorana-type 中微子混合 1976 Bilenky & Pontecorvo Dirac-type 中微子混合 1979 Wolfenstein 中微子振荡的物质效应 1979 See-Saw 机制 ＋ 大统一理论 中微子物理变成热门课题 1994： ‘1，3，5 ’ － Massive， ‘ 2，4，6 ’ －Massless， 7 － No think 1998.6 Super-Kamiokande 实验组，
Seesaw mechanism
1 c LY L M D N R N R M R N R h.c. 2 MD 1 c 0 nL h.c. nL T MR 2 MD
L c nL N R
N
T M v M D M R1M D
Oscillation parameters：
0.10 0.10 tan 2 sun 0.560.07 (stat) 0.06 (syst) 2 0.14 0.15 msun 7.580.13 (stat)0.15 (syst) 105 eV 2
Atmosphere neutrino: Super-K
C.S. Huang, T.J. Li, W. Liao and S.H. Zhu, arXiv:0803.4124
z a space-time independent constant element of the Grassmann algebra
arXiv:0705.0107 (3+1): inconsistency at the level of 4σ. (3+2) ,(3+3): severe tension at the level of more than 3σ.
Neutrino masses
1. Cosmology (CMB+LSS):
θz
Oscillation parameters：
0.92 sin 2 2 atm 1
2 1.5 103 eV2 matm 3.4 103 eV2
Neutrino oscillation
中微子振荡公式：
U α i i
i 1 3
振荡参数：
U MNS
0 2 2 2 2
Sin12
3 ;Sin 23 3
2 ;Sin13 0 2
Z2 , A4 , SO(3)...
Friedberg-Lee Symmetry:
相关文章：
Invariant under Friedberg-Lee symmetry: hep-ph/0606071 Xing, Zhang, Zhou, PLB641 Luo, Xing, PLB 646
13
Global fits:
Sin213 0.050 Sin2 213 0.19
Daya Bay (90%CL) Sin 2 213 0.01
3σ
arXiv:hep-ph/0509019
Kam-Biu Luk, Jan 8 2007 Int'l Symp on Neutrino Physics and Neutrino Cosmology
0 ei 0 . 0 1 0
0 ei 0
0 0 1
J. Valle et al. hep-ph/0405172, updated at Sep 2007
太阳： Super-K, SNO 大气： Super-K 反应堆:KamLAND, CHOOZ 加速器:K2K，MINOS
me
(U
i
2 ei
mi2 )
2
KATRIN: 0.2 eV
2 2
3. Neutrinoless Double Beta Decay m
ee ee
| m1U e1 m2U e 2 m3U e3 | ee
CUORE: 0.02-0.1 eV
Strumia-Vissani arXiv:hep-ph/0503246
1957 Pontecorvo 中微子质量、中微子混合、中微子振荡 _e anti-_e 1957 R.Davis: 反应堆实验 anti- + Cl_37 e + Ar_37 1962 莱特曼（Lederman），施瓦茨（Schwartz） 和斯坦贝格（Steinberge) (获得了诺贝尔物理奖) Brookhaven _ 1962 MNS – Maki-Nakagawa-Sakata 混合角 1967 Pontecorvo _e _ 太阳中微子 失宗 ½
理论问题
为什么中微子质量比带电轻子和夸克小得多？
(约为电子质量的百万分之一，为最重的顶夸 克质量的十万亿分之一)
为什么中微子混合角比夸克混合角大得多
2-3混合角23是否严格地最大？
13混合角数值的大小，Ue3 0 ？ 中微子质量的等级问题 m312 > 0 ？or
m312 < 0 ？
标准模型
规范相互作用
L L i DL L R i DR R 1 FL FL 1 FR FR 4 4
夸克禁闭之谜 味物理之谜
标量相互作用
L R R L
C C N R N R * N R N R
标量场作用势 引力相互作用 真空相互作用
F. Harrison, D. H. Perkins and W. G. Scott, Phys. Lett. {\bf B 530}, 167 (2002) Z.-Z. Xing, Phys. Lett. {\bf B533}, 85(2002). P. F. Harrison and W.G. Scott, Phys. Lett. {\bf B535},163(2002). P.F. Harrison and W. G. Scott, Phys. Lett. {\bf B557},76(2003). X. G. He and A. Zee, Phys. Lett. {\bf B560}, 87(2003). C.I. Low and R. R. Volkas, Phys. Rev. {\bf D68}, 033007 (2003). E. Ma, Phys. Rev. {\bf D70}, 031901R(2004); E.Ma, hep-ph/0701016 G. Altarelli and F. Feruglio, Nucl. Phys. {\bf B720}, 64(2005); E. Ma, Phys. Rev. D72, 037301 (2005).; E. Ma, Mod.\ Phys.\ Lett.\ A 20, 2601 (2005) A. Zee, Phys. Lett. {\bf B630}, 58 (2005). E. Ma, Phys.\ Rev.\ D {\bf 73}, 057304 (2006). G. Altarelli and F. Feruglio, Nucl. Phys. {\bf B741}, 215(2006). W. Grimus and L. Lavoura, {\bf JHEP}, 0601:018(2006). J.E. Kim and J.-C. Park, {\bf JHEP} 0605:017(2006). N. Singh, M. Rajkhowa and A. Borach, hep-ph/0603189. R. Mohapatra, S. Naris and Y.-H. Yu, Phys.Lett. {\bf B639} 318 (2006). P. Kovtun and A. Zee, Phys.Lett. {\bf B640} (2006) 37. N. Haba, A. Watanabe and K. Yoshioka, Phys.Rev.Lett. 97 (2006) 041601. X.G. He, Y.Y. Keum and R. Volkas, {\bf JHEP}, 0604:039(2006). Varizelas, S.-F. King and G.G. Ross, Phys.Lett. B644 (2007) 153. R. Friedberg and T. D. Lee, arXiv:hep-ph/0606071; arXiv:hep-ph/0705.4156 B.Hu, F. Wu and Y.L. Wu, Phys.Rev. {\bf D75} 113003 (2007).
106 cm 2s 1
在5.3 范围 内发生味转化!
Reactor neutrino: KamLAND
arXiv:0801.4589
A scaled reactor spectrum without distortions from neutrino oscillation is excluded at more than 5σ!
V
1 R 16 G
对称破缺之谜 暗宇宙之谜 能量标度之谜
V0
中微子
1930 Pauli：中微子－s=1/2、NWIP、m < m_e
年仅三十岁的年青理论物理学家为解救在衰变中能量不守恒问题以及解释
衰变中遇到的自旋和统计问题，大胆地提出了中微子这个新粒子的存在
1933 Fermi: H_3 He_3 + e + \bar 1957 Lee & Yang, 宇称不守恒 (诺贝尔物理奖 ) CS Wu：宇称破坏实验 1957 Landau, Lee & Yang, Salam 中微子没有质量 m_ =0、二分量理论、 最大宇称破坏 1958 Feynman-Gell-Mann, Marshak-Sudarshan V-A 理论 50周年!!! 1967 GWS 标准模型： 中微子无质量 (诺贝尔物理奖 )
Issues and Test in neutrino physics
1. Dirac / Majorana
Neutrinoless Double Beta Decay
2. Mass scale: m1
2 2 2 3. Mass spectrum: m23 m3 m2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Neutrinoless Double Beta Decay, Single Beta Decay, Cosmology
太阳内部核反应过程产生的中微子只有 e
arXiv:nucl-ex/0610020
Solar neutrino: SNO
总的通量与 SSM 预言一致： SSM 5.051.01 106 cm 2s 1 0.81
0.44 SNO 5.09 0.43 0.46 0.43
Normal, Inverted, Degeneracy
4. How small is θ13, θ23 maximal? 5. Leptonic CP violation 6. 3 flavor unitarity? 7. 4 generation, LSND?
MiniBooNE
Excludes at 98% CL two-neutrino appearance oscillations as an explanation of the LSND anomaly. arXiv:0704.1500
Type II? Type III?
Leptogenesis Mechanism
Fukugita & Yanagida (1986):
Other mechanism for neutrino masses
Two Higgs doublets Model:
E. Ma, PRD 73, 077301, 2006
高能物理分会年会2008
中微子和味物理
吴岳良
中国科学院理论物理研究所 中国科学院卡弗里理论物理研究所 2008.4.26 南京大学
味物理 ?
Up Quark, Down Quark, Strange Quark …? + e、 _e , ICFP2001 Gell-Mann & Fritzsch on the way to Lunch Quantum Number: “Flavor” Flavor Physics: Physics on Quark Flavor and Lepton Flavor CP Violation, Neutrino Physics, B Physics, Charm (J/ψ) Physics, Hadron Physics, New Physics on Flavors, ……
中微子之谜
许多基本问题到目前为止仍然不清楚 中微子是Dirac粒子还是Majorana粒子？
中微子质量的绝对值有多大？ 中微子质量是不是几乎简并的？ 与中微子有关的CP破坏如何？ 中微子的种类，Sterile中微子？ 中微子轻子数不守恒与物质-反物质不对 称的联系怎样？ 中微子对宇宙大尺度的演化以及天体物 理中的奇特现象(超新星暴发等)起着怎样 的作用？
SU (2)L U (1)Y Z2
0 (S iA) / 2
S or A may be Dark Matter!
R. Barbieri, L. Hall and V.S. Rychkov, PRD 74, 015007, 2007
3 loop generation of neutrino masses:
L.M. Krauss, S. Nasri and M. Trodden,
PRD 67, 085002, 2003
Right-handed neutrino as Dark Matter!
Family symmetry
Tri-Bimaximal Mixing:
6 3 6 6 6 6 3 3 3 3 3 3
m 0.61 eV
i
Planck: 0.025-0.1 eV
WMAP 5 years
(95% C.L.)
2. Single Beta Decay
m e 2.3eV Mainz m e 2.2eV T roitsk
m m (0.35 1.24) eV (0.33 1.35) eV (HM) (IGEX)
是混合角
m 2是质量平方差
U MNS
1 0 0 c12 0 s 12
0 c13 s12 . 0 c12 s13e i
0 s13ei c23 1 0 . s23 0 c13 0
s23 c23 0
1967 Davis 开始太阳中微子 实验 1969 Gribov & Pontecorvo 提出 Majorana-type 中微子混合 1976 Bilenky & Pontecorvo Dirac-type 中微子混合 1979 Wolfenstein 中微子振荡的物质效应 1979 See-Saw 机制 ＋ 大统一理论 中微子物理变成热门课题 1994： ‘1，3，5 ’ － Massive， ‘ 2，4，6 ’ －Massless， 7 － No think 1998.6 Super-Kamiokande 实验组，
Seesaw mechanism
1 c LY L M D N R N R M R N R h.c. 2 MD 1 c 0 nL h.c. nL T MR 2 MD
L c nL N R
N
T M v M D M R1M D
Oscillation parameters：
0.10 0.10 tan 2 sun 0.560.07 (stat) 0.06 (syst) 2 0.14 0.15 msun 7.580.13 (stat)0.15 (syst) 105 eV 2
Atmosphere neutrino: Super-K
C.S. Huang, T.J. Li, W. Liao and S.H. Zhu, arXiv:0803.4124
z a space-time independent constant element of the Grassmann algebra
arXiv:0705.0107 (3+1): inconsistency at the level of 4σ. (3+2) ,(3+3): severe tension at the level of more than 3σ.
Neutrino masses
1. Cosmology (CMB+LSS):
θz
Oscillation parameters：
0.92 sin 2 2 atm 1
2 1.5 103 eV2 matm 3.4 103 eV2
Neutrino oscillation
中微子振荡公式：
U α i i
i 1 3
振荡参数：