Der physikalische Fall für Neutrino-Neutrino-Kollisionen

Abstract Die Untersuchung des Ursprungs und der Eigenschaften von Neutrinos ist von großem Interesse für die Teilchenphysik, Baryogenese und Kosmologie. Beliebte Erklärungen beinhalten Physik jenseits des Standardmodells, zum Beispiel den Dimension-5-Weinberg-Operator oder schwere Majorana-Neutrinos, die aus 'Seesaw'-Modellen hervorgehen. Die aktuellen besten direkten Grenzen für die Elektron-Neutrino-Masse, die aus der Beta-Zerfall von Kernen oder neurtinolosen doppelten Beta-Zerfallsprozessen abgeleitet werden, liegen im Sub-Elektronvolt-Bereich. Hier schlagen wir einen neuartigen Neutrino-Neutrino-Kollidator vor, in dem der Neutrino-Strahl aus TeV-Skala-Muonenzerfällen erzeugt wird. Solche Kollisionen können zwischen Neutrinos und Antineutrinos oder zwischen Neutrinos und Neutrinos stattfinden. Wir stellen fest, dass wir mit einer winzigen integrierten Luminosität von etwa 10 −5 fb −1 bereits erwarten können, die direkte Neutrino-Antineutrino-Annihilation zu beobachten, ν ν ¯ → Z , was auch die Tür öffnet, um mit Neutrino-assoziierten Resonanzen ν ν ¯ → X zu experimentieren. Die Anforderung an die niedrige Luminosität kann einen relativ großen Emittanz-Muonstrahl aufnehmen. Ein solches Gerät würde es auch ermöglichen, schwere Majorana-Neutrinos und effektive Majorana-Neutrino-Masse durch ν ν → HH auf einem wettbewerbsfähigen Niveau zu untersuchen, sowohl für Elektron- als auch für Muon-Typen.