中微子振蕩和味動力學

1、 吳岳良吳岳良 中國科學院理論物理所中國科學院理論物理所2005.8一、引言一、引言二、中微子之謎二、中微子之謎三、中微子混合矩陣的一個猜想三、中微子混合矩陣的一個猜想和 混合角 13 的預言的預言四、對稱性和味動力學四、對稱性和味動力學五、結語五、結語 1930 Pauli：中微子：中微子s=1/2、NWIP、m 0 ？oror m312 0 ？ 中微子獨具的特性中微子獨具的特性電荷中性電荷中性 中微子是中微子是粒子粒子 機制機制 為什么中微子質量比帶電輕子和夸克小得多為什么中微子質量比帶電輕子和夸克小得多 為什么中微子混合角比夸克混合角大得多為什么中微子混合角比夸克混合角大得多 mmq q

2、 = m = mD D ， mml l = m = mD D mm = m = mD D M M-1-1 m mD DlUCKM = Vd VulUMNS = Ve U = Ve V VNVu = Vd = Vmax UCKM = 1V = Ve = Vmax UMNS = VN =Vmax Vu = Vu Vmax Vd = Vd Vmax V = V Vmax Ve = Ve Vmax UCKM = Vu Vd UMNS = V Ve Vmax 假設： V Ve Vu Vd = UCKM 得到： UMNS UCKM Vmax 13 13 0.10.2 l中微子有質量暗示了與味物理有關的新物

3、理的中微子有質量暗示了與味物理有關的新物理的存在存在 粒子物理學家一直在試圖擴展粒子物理標準粒子物理學家一直在試圖擴展粒子物理標準模型，建立更基本的理論來解釋已探測到的中模型，建立更基本的理論來解釋已探測到的中微子振蕩以及有關的物理新現(xiàn)象微子振蕩以及有關的物理新現(xiàn)象 一類較有興趣的理論是通過對稱性和統(tǒng)一角一類較有興趣的理論是通過對稱性和統(tǒng)一角度考慮而建立的模型，如具有輕子和夸克家族度考慮而建立的模型，如具有輕子和夸克家族對稱性的超對稱大統(tǒng)一模型對稱性的超對稱大統(tǒng)一模型 味對稱性規(guī)范理論作為量子味動力學（味對稱性規(guī)范理論作為量子味動力學（QFDQFD）可看作是標準模型中量子電動力學（可看作是標準

4、模型中量子電動力學（QEDQED）和）和量子色動力學（量子色動力學（QCDQCD）的一個直接擴展）的一個直接擴展 夸克和輕子三個家族對稱性夸克和輕子三個家族對稱性Massless: U(3)_L x U(3)_R Degenerate Massive: U(3)General Massive: U(1) x U(1) x U(1)Small Quark Mixing: U（1）Majorana FermionMajorana Fermion: : Massless: O(3)_L x O(3)_RDegenerate Massive SO(3) x U(1)_A General Massive

5、: U(1)_A SO(3)SO(3)對稱性自發(fā)破缺后可自然地得到了第對稱性自發(fā)破缺后可自然地得到了第二和第三代中微子之間的最大混合，很好二和第三代中微子之間的最大混合，很好地解釋大氣中微子失蹤之謎地解釋大氣中微子失蹤之謎 l結合雙結合雙衰變和天體宇宙學的限制衰變和天體宇宙學的限制, ,可得到可得到解釋太陽中微子失蹤之謎的大角度解釋太陽中微子失蹤之謎的大角度MSWMSW解解 l幾乎簡并的三個中微子質量作為熱暗物質幾乎簡并的三個中微子質量作為熱暗物質l此類模型還可自然導致味改變的輕子過程此類模型還可自然導致味改變的輕子過程, , 當味規(guī)范粒子的質量在當味規(guī)范粒子的質量在100100TeVTeV附近時，味附近時，味改變的輕子過程可接近現(xiàn)有實驗精度范圍改變的輕子過程可接近現(xiàn)有實驗精度范圍 由于中微子的特殊性質以及在對微觀粒子和宏觀宇宙的探索中可能起的重要作用，對中微子物理的研究非常重要l13 混合角大小的測量不僅對中微