中微子理论进展报告 周顺 (高能所理论室) 2014年11月21日, 北京

个人信息： 1982年7月出生于湖北省黄冈市 学习与工作经历： 2000/09-2004/07 南开大学物理学 2004/09-2009/07 高能所理论室博士 2009/09-2012/09 德国慕尼黑马普所博后 2012/10-2014/08 瑞典皇家理工学院博后 2014/08-至今 高能所理论室副研(百人)

研究进展小结 (2013~2014) I. 主要方向: (A) 轻子质量矩阵结构及其分立味对称性实现 (B) 中微子振荡唯象学: CP破坏相位、新物理 (C) 轻子味混合参数的重正化群方程演化行为 II. 发表论文列表: 共10篇, 其中1篇Nature Commun., 1篇Phys. Rev. Lett. Constraining Sterile Neutrinos Using Reactor Neutrino Experiments I. Girardi, D. Meloni, T. Ohlsson, H. Zhang, Shun Zhou JHEP 1408 (2014) 057 A Partial μ-τ Symmetry and Its Prediction for Leptonic CP Violation Z.Z. Xing, Shun Zhou Phys. Lett. B 737 (2014) 196

II. 发表论文列表(续): Renormalization Group Running of Neutrino Parameters T. Ohlsson, Shun Zhou Nature Commun. 5 (2014) 5153 Nonstandard Interaction Effects on Neutrino Parameters at Medium-Baseline Reactor Antineutrino Experiments T. Ohlsson, H. Zhang, Shun Zhou Phys. Lett. B 728 (2014) 148 Comment on “Is Dark Matter with Long-Range Interactions as a Solution to All Small-Scale Problems of Λ Cold Dark Matter Cosmology?” B. Ahlgren, T. Ohlsson, Shun Zhou Phys. Rev. Lett. 111 (2013) 199001 Hybrid Textures of Majorana Neutrino Mass Matrix and Current Experimental Tests J.Y. Liu, Shun Zhou Phys. Rev. D 87 (2013) 093010

II. 发表论文列表(续): Effects of Nonstandard Neutrino Interactions at PINGU T. Ohlsson, H. Zhang, Shun Zhou Phys. Rev. D 88 (2013) 013001 Probing the Leptonic Dirac CP-violating Phase in Neutrino Oscillation Experiments Phys. Rev. D 87 (2013) 053006 Neutrino Mixing Angles from Texture Zeros of the Lepton Mass Matrices H. Fritzsch, Shun Zhou Phys. Lett. B 718 (2013) 1457 Radiative Corrections to the Leptonic Dirac CP-violating Phase T. Ohlsson, H. Zhang, Shun Zhou Phys. Rev. D 87 (2013) 013012

III. 参与江门实验的物理黄皮书写作 “超新星中微子”工作组成员 高能所：李玉峰, 陆稼书, 王志民, 周顺 (编辑) 4. Supernova Neutrinos 4.1 Core-collapse supernovae: what, where, when? 4.2 Neutrino signature of core collapse 4.2.1 Neutrino-driven explosion 4.2.2 Three-phase neutrino signal 4.3 Detection channels in JUNO 4.3.1 Time-integrated event rates 4.3.2 Elastic -p scattering 4.3.3 Backgrounds 4.3.4 Data acquisition 4.4 Implications for astrophysics 4.4.1 Pre-supernova neutrinos 4.4.2 Locating the supernova 4.4.3 Coincidence with gravitational waves 4.4.4 Supernova nucleosynthesis 4.5 Implications for particle physics 4.5.1 Bound on neutrino masses 4.5.2 Impact of mass ordering 4.5.3 Collective oscillations 4.5.4 Constraining new physics “超新星中微子”工作组成员 高能所：李玉峰, 陆稼书, 王志民, 周顺 (编辑) 上海交大：郭刚, 汪浩 Mainz U. : M. Wurm, J. Winter MPP : G. Raffelt 组织和协调“超新星中微子”章节的写作, 并承担大部分写作任务; (b) 负责江门实验中超新星中微子探测的各反 应道事例率的计算和相关理论问题的研究; 进行与江门实验相关的中微子唯象学的系 统研究,挖掘实验的物理潜力

具体工作 (1)：轻子质量矩阵结构 𝑀= 0 𝑎 𝑎 𝑏 𝑚 𝑑 ≈ 𝑎 2 /𝑏 𝑚 𝑠 ≈ 𝑏 𝜃 c ≈ 𝑎 𝑏 = 𝑚 𝑑 𝑚 𝑠 在大亚湾实验精确测量θ13之后, 如何理解轻子质量谱和味混合模式: (1)质量矩阵零结构; (2)味对称性 夸克质量谱与味混合 中微子质量矩阵零结构 中微子质量矩阵复合结构 刘继元&周顺, PRD 2013 S. Weinberg, 77’ A1 A2 H. Fritzsch, 78’ 零矩阵元+相等矩阵元 𝑀= 0 𝑎 𝑎 𝑏 𝑀 ν = 0 𝑎 𝑏 𝑎 𝑑 𝑐 𝑏 𝑐 𝑑 质量谱: B1 B2 用S3xZ3味对称性实现 𝑚 𝑑 ≈ 𝑎 2 /𝑏 唯象学后果: 符合振荡实验的观测结果 禁戒无中微子双贝塔衰变 𝑚 𝑠 ≈ 𝑏 B3 B4 味混合: 𝜃 c ≈ 𝑎 𝑏 = 𝑚 𝑑 𝑚 𝑠 模型检验: 确定中微子的质量顺序 精确测量所有味混合角 精确测量CP破坏相位角 观测无中微子双贝塔衰变 精确测量中微子绝对质量 H. Fritzsch, 邢志忠&周顺, JHEP 2011, 被引60次 C 建立夸克质量比与其味混合角之间的联系 均可用Zn味对称性实现

具体工作 (2)：轻子味对称性 𝑈 𝑒1 𝑈 𝑒2 𝑈 𝑒3 𝑈 𝜇1 𝑈 𝜇2 𝑈 𝜇3 𝑈 𝜏1 𝑈 𝜏2 𝑈 𝜏3 轻子味混合的μ-τ对称性及其破缺 部分μ-τ对称性: 预言CP破坏相位 邢志忠&周顺, Phys. Lett. B 737 (2014) 196 𝑈 𝑒1 𝑈 𝑒2 𝑈 𝑒3 𝑈 𝜇1 𝑈 𝜇2 𝑈 𝜇3 𝑈 𝜏1 𝑈 𝜏2 𝑈 𝜏3 轻子 混合 矩阵 唯象学后果: (A) θ23 = 45o & θ13 = 0o (排除) 或者 (B) θ23 = 45o & δ = 90o (270o) 完全μ-τ对称性 | 𝑈 𝜇𝑖 |= 𝑈 𝜏𝑖 部分μ-τ对称性 | 𝑈 𝜇1 |= 𝑈 𝜏1 唯象学后果: θ23 ≠ 45o 最新中微子振荡实验数据的全局分析结果显示θ23 ≠ 45o且存在非平庸的CP破坏相位角, 而部分 μ-τ 对称性与实验观测一致, 并可预言混合参数之间的关系。 罗舒&邢志忠, 1408.5005; 周也铃,1409.8600 cos 𝛿 = sin 2 𝜃 13 − tan 2 𝜃 12 2 tan 𝜃 12 sin 𝜃 13 tan 2𝜃 23 假设在高能标处理论模型存在完全μ-τ对称性, 考虑量子辐射修正效应后, 低能标处轻子味混合的μ-τ对称性部分或完全破缺

具体工作 (3)：中微子振荡唯象学 在大亚湾实验精确测量θ13和江门实验确定中微子的质量顺序之后, 如何探测轻子部分的CP破坏相位角? 地球物质本身是CP不对称的, 因此物质效应将会导致赝CP不对称 包含物质效应的CP不对称 通常定义的观测量: LBNO LBNE NOvA T2K ESS 提出不同的观测量: T. Ohlsson, 张贺&周顺, PRD 2013 新物理图像: νs, NSI, CPT, …

具体工作 (4)：味混合参数的重正化群演化 中微子质量起源 轻子味混合参数的重正化群演化 T. Ohlsson&周顺, Nature Commun. 5 (2014) 5153 轻子味混合参数的重正化群演化 中微子质量、标准模型真空不稳定性和大统一理论: 高能标处存在新物理? 标准模型+量纲为5的中微子质量算符 费米子跑动质量: 邢志忠,张贺&周顺, PRD 2008, 被引230次; PRD 2012, 被引60次 通过重正化群方程将建立在高能标处的中微子质量模型与低能标处轻子味混合参数的实验观测联系起来: (1) 研究中微子质量起源和检验中微子质量模型; (2) 理解轻子味混合模式和CP对称性破缺机制

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