中微子振荡和味动力学

1、 吴岳良吴岳良 中国科学院理论物理所中国科学院理论物理所2005.8一、引言一、引言二、中微子之谜二、中微子之谜三、中微子混合矩阵的一个猜想三、中微子混合矩阵的一个猜想和 混合角 13 的预言的预言四、对称性和味动力学四、对称性和味动力学五、结语五、结语 1930 Pauli：中微子：中微子s=1/2、NWIP、m 0 ？oror m312 0 ？ 中微子独具的特性中微子独具的特性电荷中性电荷中性 中微子是中微子是粒子粒子 机制机制 为什么中微子质量比带电轻子和夸克小得多为什么中微子质量比带电轻子和夸克小得多 为什么中微子混合角比夸克混合角大得多为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 假设： V Ve Vu Vd = UCKM 得到： UMNS UCKM Vmax 13 13 0.10.2 l中微子有质量暗示了与味物理有关的新物

3、理的中微子有质量暗示了与味物理有关的新物理的存在存在 粒子物理学家一直在试图扩展粒子物理标准粒子物理学家一直在试图扩展粒子物理标准模型，建立更基本的理论来解释已探测到的中模型，建立更基本的理论来解释已探测到的中微子振荡以及有关的物理新现象微子振荡以及有关的物理新现象 一类较有兴趣的理论是通过对称性和统一角一类较有兴趣的理论是通过对称性和统一角度考虑而建立的模型，如具有轻子和夸克家族度考虑而建立的模型，如具有轻子和夸克家族对称性的超对称大统一模型对称性的超对称大统一模型 味对称性规范理论作为量子味动力学（味对称性规范理论作为量子味动力学（QFDQFD）可看作是标准模型中量子电动力学（可看作是标准

4、模型中量子电动力学（QEDQED）和）和量子色动力学（量子色动力学（QCDQCD）的一个直接扩展）的一个直接扩展 夸克和轻子三个家族对称性夸克和轻子三个家族对称性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)对称性自发破缺后可自然地得到了第对称性自发破缺后可自然地得到了第二和第三代中微子之间的最大混合，很好二和第三代中微子之间的最大混合，很好地解释大气中微子失踪之谜地解释大气中微子失踪之谜 l结合双结合双衰变和天体宇宙学的限制衰变和天体宇宙学的限制, ,可得到可得到解释太阳中微子失踪之谜的大角度解释太阳中微子失踪之谜的大角度MSWMSW解解 l几乎简并的三个中微子质量作为热暗物质几乎简并的三个中微子质量作为热暗物质l此类模型还可自然导致味改变的轻子过程此类模型还可自然导致味改变的轻子过程, , 当味规范粒子的质量在当味规范粒子的质量在100100TeVTeV附近时，味附近时，味改变的轻子过程可接近现有实验精度范围改变的轻子过程可接近现有实验精度范围 由于中微子的特殊性质以及在对微观粒子和宏观宇宙的探索中可能起的重要作用，对中微子物理的研究非常重要l13 混合角大小的测量不仅对中微