Neutrinos estéreis e decaimento beta duplo sem neutrinos na teoria de campos efetiva

Investigamos o decaimento beta duplo sem neutrinos (0νββ) na presença de neutrinos estéreis com termos de massa de Majorana. Esses campos singlet de gauge são permitidos a interagir com campos do Modelo Padrão (SM) via acoplamentos de Yukawa renormalizáveis, bem como operadores invariantes de gauge de dimensão superior até a sétima dimensão na Teoria de Campos Efetiva do Modelo Padrão estendida com neutrinos estéreis. Na escala de GeV, utilizamos teoria de campos efetiva quiral envolvendo neutrinos estéreis para conectar os operadores ao nível de quarks e gluons, às interações hadrônicas envolvendo pions e nucleons. Isso nos permite derivar uma expressão para as taxas de 0νββ para vários isótopos em termos de fatores de fase espacial, constantes hadrônicas de baixa energia, elementos de matriz nuclear, as massas dos neutrinos e os coeficientes de Wilson de operadores de dimensão superior. As constantes hadrônicas de baixa energia e os elementos de matriz nuclear requeridos dependem das massas dos neutrinos, para as quais obtemos fórmulas de interpolação fundamentadas em QCD e teoria de perturbação quiral que melhoram fórmulas existentes que são válidas apenas em um pequeno regime de massas de neutrinos. O framework resultante pode ser utilizado diretamente para avaliar o impacto de experimentos de 0νββ em cenários com neutrinos estéreis leves e deve ser útil em análises globais de buscas por neutrinos estéreis. Realizamos vários estudos fenomenológicos de 0νββ na presença de neutrinos estéreis com e sem operadores de dimensão superior. Encontramos que interações não padrão envolvendo neutrinos estéreis têm um impacto dramático na fenomenologia de 0νββ, e experimentos de próxima geração podem investigar tais interações até escalas de O (100) TeV.