【摘 要】
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中微子振荡现象表明中微子具有非零质量,而且不同种类的中微子之间存在味混合,是标准模型之外新物理存在的直接证据。因此,研究中微子质量起源机制及其味混合模式是当前中微子物理研究领域的重要前沿课题。此外,标准模型中的CP破坏来源于夸克味混合矩阵中的复相位,但将该复相位作为CP破坏的唯一来源远不足以解释宇宙中的物质-反物质不对称。因此,寻找超出标准模型的CP破坏的来源也是当前中微子物理学亟待解决的重要问题
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中微子振荡现象表明中微子具有非零质量,而且不同种类的中微子之间存在味混合,是标准模型之外新物理存在的直接证据。因此,研究中微子质量起源机制及其味混合模式是当前中微子物理研究领域的重要前沿课题。此外,标准模型中的CP破坏来源于夸克味混合矩阵中的复相位,但将该复相位作为CP破坏的唯一来源远不足以解释宇宙中的物质-反物质不对称。因此,寻找超出标准模型的CP破坏的来源也是当前中微子物理学亟待解决的重要问题。在本文中,为了解释中微子质量和轻子味混合,我们在传统的Type-I Seesaw机制的框架之内提出了一种简单可行的方案来明显破缺轻子部分的S3L×S3R味对称性。研究结果表明轻子味混合矩阵可以简单地由两个带电轻子的质量比值{me/mμ,mμ/mτ}以及两个轻中微子的质量比值{m1/m2,m2/m3}完全确定。利用中微子振荡参数在3σ范围内的最新整体拟合结果可以给出中微子质量谱、味混合角和Dirac CP破坏相位的预言:（1）中微子质量谱呈现出等级结构而且为正质量顺序,例如m1≈2.2 meV,m2 ≈ 8.8 meV 和 m3 ≈ 52.7 meV;（2）三个中微子味混合角的取值范围约为41.8°（?）θ23（?）43.3°,31.4°（?）θ12（?）35.5°和8.45°（?）θ13（?）8.90°;（3）Dirac CP破坏相位的取值约为δ≈-22°。所有这些预言都可以在未来的中微子振荡实验中得到检验。Seesaw机制不仅可以解释中微子的质量起源,还可以演绎出解释宇宙中物质-反物质不对称的Leptogenesis机制。我们计算了Type-Ⅰ Seesaw机制中引入的重Majorana中微子衰变产生的CP不对称。研究结果表明宇宙中物质-反物质不对称可以通过共振的Leptogenesis机制来解释。本文中唯象学的研究有助于寻找味对称性破缺的可行方案,同时对中微子质量谱、味混合模式和轻子相CP破坏的理解有一定的指导意义。实验上检验TVpe-Ⅰ Seesaw机制最直接的方式就是寻找理论中引入的重Majorana中微子存在的信号。由于中微子的Majorana质量项破坏轻子数守恒,所以我们可以通过轻子数破坏的过程来研究重Majorana中微子的产生。在本文中,我们从唯象的角度研究了未来ep对撞机上重Majorana中微子通过Wγ融合过程e-p→e-μ±μ±+X和e-p→veμ-μ±+X的产生和衰变,计算了信号过程在LHeC,FCC-ep和ILC（?）FCC上的总截面。以e-p→e-μ±μ±+X过程为例,进一步研究了末态同号双轻子对和jet的横动量分布以及重建的重Majorana中微子不变质量谱的微分分布。通过对探测器的模拟以及标准模型中相关背景的分析,估计了未来ep对撞机上发现重Majorana中微子的可能性。研究结果表明当积分亮度为300 fb-1,显著度为2σ（3σ）[5σ]时,实验上可探测的重Majorana中微子的质量上限在LHeC上为110 GeV（79 GeV）[74 GeV],在FCC-ep上为125 GeV（88 GeV）[75 GeV],而在 ILC█FCC 上则为 665 GeV（425 GeV）[220 GeV]。结合已有的通过W玻色子交换过程产生重Majorana中微子的结果,我们的工作为在未来ep对撞机中的不同快度区域寻找重Majorana中微子的产生信号提供了有用的信息。
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