非标准的交互作用对Neutrino-Nucleon散射的影响

文摘

非标准neutrino-nucleon交互制定和探索准弹性散射的能量范围之内。特别是,这项研究侧重于中性线电流弹性(反)微中子散射的核子所描述的奇异的反应和标准模型,提供修正的主要过程。在这种情况下,它是显示所需的异国情调的核子形式因素可能产生重大影响相关的横截面。除了横截面,事件率预计将相当敏感的大小lepton-flavour违反参数导致过量的事件。非标准的重叠交互和奇怪的夸克的贡献,在该地区的几个GeV中微子的能量,也检查了。形式主义是申请的相关neutrino-nucleon散射实验(LSND, MiniBooNE等)和激励等概念,调查NSI设施有很高的潜力。

1。介绍

中微子是自然界中最难以捉摸的粒子和为了研究它们的属性1,2)各种陆地建造探测器(3]。这些幽灵粒子填充整个宇宙和到达地球从太阳(太阳中微子),从超新星爆炸(超新星中微子),和许多其他天体(如黑洞双星,活动星系核)(4]。他们中的大多数通过地球和通过核探测器,设计等目的,没有留下任何痕迹或信号5]。这主要是由于这一事实中微子非常弱相互作用(6,7]。neutrino-matter散射的调查,它是可行的,采用强大的加速器在费米实验室等主要实验室操作,J-Park,欧洲核子研究中心。这些设施可以产生密集的中微子束的一小部分可以检测到小说探测器放置在光束线(例如,连贯的实验在橡树岭8在台湾,TEXONO实验(9),创[10]和吉玛[11实验在俄罗斯,康妮项目在巴西12,13])。

在理论方面,现象学模型内外的标准电弱理论与理论预测出来的许多方面中微子在试图理解它们的属性和交互14)并提出合适的中微子探测器提取新的实验结果15- - - - - -17]。目前研究关注的重要领域中微子质量(18],中微子振荡[19,20.],中微子的电磁性质[21- - - - - -25),等等,他们的角色在天体物理学的进化来源如太阳或超新星(26- - - - - -28),它们对宇宙学的影响(例如,在回答这个问题的宇宙的物质反物质不对称),等等。

中性线电流弹性(指标)和荷电流准弹性散射(CCQE)中微子的原子核和核构成基本电弱相互作用的例子在标准模型(SM) [29日),尽管他们相对简单,目前不清楚。第一次实验测量后者过程导致的横截面差异(30.- - - - - -32)与广泛使用的相对论费米气体的预测(RFG)模型(33- - - - - -37]。有很多努力向量化这种分歧(理论和实验之间),主要的核子电磁形式因素在中间能量(38,39),而其他作品关注的潜在贡献的研究强子的奇怪的组件当前的(40- - - - - -43]。

十年前,一个异常的事件一直在寻找LSND实验报告的振荡(44]。最近,在MiniBooNE neutrino-nucleon散射实验,不明原因的高速事件,已经观察到重建的中微子能量范围兆电子伏(45- - - - - -49]。解释这些数据,一些作者(50)认为,RFG不足以准确描述neutrino-nucleon交互模型在核嵌入到密集的媒体(50),而其他作者特别关注最终状态交互(FSI)影响51- - - - - -53]。此外,这种反常现象引发了激烈的理论兴趣和对其的解释提出了几个模型(54,55也包括那些处理沉重的狄拉克或马约喇纳微中子衰变56,57],惰性中微子的存在[58),和其他人。

历史上,原子核和核系统已经广泛采用(59,60)作为探索开放microlaboratories中微子性质通过收取(61年)和中性线电流交互过程(62年]。后者包括向量和轴矢量组件的弱相互作用63年,64年]。因此,这样的调查有助于调查的基本交互中微子与其他基本粒子在低,中间,和高的能量65年]。中性线电流的情况下的弹性散射中微子从复杂的核,详细分析重点关注事件可能改变预期的利率由于非标准的存在交互作用(NSI)是在我们之前的工作66年- - - - - -68年]。

出于后者,在本文中,我们探索的可能性探索异国情调的中微子过程相关的实验。因此,框架内NSI [69年)(审查,看70年,71年]),我们考虑下面的不错的散射neutrino-nucleon反应: 在哪里表示中微子的味道。具体来说,对于MiniBooNE流程的情况下,我们集中精力的渠道和(NSI散射涉及τ中微子,看到72年,73年])。在目前的研究中,提出新颖的互动的大小给出采用NSI核子的形式因素作为前动量转移的功能。在我们努力探索潜在的NSI neutrino-nucleon交互进行,作为第一步,我们只关注NSI费曼图描绘在图1出于完整性的考虑,相应的图包括荷电流(CC)过程也包括在内。

2。中性线电流标准Neutrino-Nucleon交互

在目前的工作,认为NSI运营商有效four-fermion运营商的形式70年] 与,SM和费米子场表示左和右撇子的投影仪。具体来说,中性电流,一个neutrino-induced NSI与物质的形式69年] 与表示第一代夸克。

2.1。Neutrino-Nucleon横截面内外SM

neutrino-nucleon横截面的计算首先写下核子矩阵元素的过程(1)和(2在通常的形式, 在哪里表示轻子中性线电流,是费米耦合常数,代表了核子波函数。在后者的表达,强子矩阵元素(在忽视二等水流和赝标量组件)的贡献表达的核子形式因素称为(7] 在(6),,,狄拉克站,泡利,轴矢量弱中性线电流形式因素,分别为质子()或中子()[1]。

依靠上述核子矩阵元素,在相对论费米气体(RFG)模型中,SM微分截面的反应(1)和(2)为传入(反)中微子能量被写为(29日] 在上面的表达式,加(减)信号占中微子(反中微子)散射而momentum-dependent函数,,读41] 前动量转移在哪里定义的核子反冲能量,因为 核子的质量,,我们假设值GeV。

在继续之前的横截面的计算,对于读者的方便,我们提供以下一些重要细节上述表达式,,这取决于形式因素,。的函数,,被定义为(42] 他们明确的依赖已被镇压。

原则上,电磁狄拉克和泡利不相容因素是书面的知名电气(E)和磁(M)形式因素如下1]: 在这部作品中,磁parametrised形式因素(39] 在哪里表示质子磁矩(中子)。质子电子形式以类似的方式可以在表单26] (合适的参数,和,,39])。电动中子形式因素,,表示通过Galster-like parametrisation, 与和。

2.2。NSI核子形成因素

众所周知,在SM,弱者数控狄拉克和泡利形式因素都写在电磁电流形成的因素,(假设守恒的矢量电流(CVC)理论)(1]。在目前的工作,我们另外考虑额外的贡献来自NSI进入vector类型的形成因素。在我们parametrisation,后者都写在基本条款NSI neutrino-quark耦合()()中讨论夸克66年- - - - - -68年),他们的形式 之前的研究成果,考虑到陌生的精神的核子41,42),上述NSI形式因素可能有相同的依赖的SM的势头。因此,函数被认为是偶极子的类型: (向量质量,一个常用的值GeV)。一个偶极子近似为动量,除了提供适当的依赖,确保事件率的NSI也正确的行为在高能量40]。

然后,疲软的中性线电流核子质子(加号)和中子的形式因素(负号)受雇于我们目前计算阅读 在后一种表情,isoscalar形式因素占潜在贡献电荷和核子磁矩的由于奇异夸克的存在(在我们的会议中,同位旋指数+ 1是质子和中子散射−1)。然而,在我们的计算,根据最近的HAPPEX实验的结果(43),我们将(参见[52])。注意,低动量转移,讨论的形式因素(66年,67年)恢复。表单上的NSI的影响因素中以图形的方式说明图2,采用典型值NSI参数;也就是说,(显然没有影响奇异夸克的贡献)。在目前的形式主义,新核子形成因素相当敏感的NSI,即使是小的基本模型参数值,特别是对于低动量转移。

情况下的轴向形成因素,我们相应地使用61年] 在这里,我们使用了静态轴矢量耦合,(它通常通过中子衰变)。奇怪的夸克对核子自旋的贡献,我们采用静态值±0.07与,而对于轴向我们质量GeV(即。,fit II of [41])。正如最近在讨论54),这组值是完全兼容MiniBooNE数据,即使一个较大的值据报道(GeV47]。此外,为简单起见,潜在的轴向NSI形式因素被忽视。

3所示。结果与讨论

首先,我们计算的微分截面(7SM) ()弱数控弹性散射过程(1)和(2)以及NSI的(根据(),15)- (18)(忽视潜在的奇异夸克的贡献,例如,和)。相应的结果显示在图3为(a)和散射散射(b)。为了比较,轴矢量奇怪的乐队夸克贡献计算范围内与NSI的贡献与也描述了。看到产生的奇异夸克的贡献表明几乎相等的横截面为质子和中子散射,而NSI的存在导致的横截面的增强和散射通道,这较低的能量变得更加重要。

从实验物理学的角度来看,它是至关重要的减少大部分的背景以及梁相关系统的不确定性。因此,一个相当有利的决定了奇怪或NSI参数进行测量的不错的横截面的比值: 在这种情况下,人物4演示了一个比较了乐队的比率假设neutrino-nucleon散射在奇异夸克的存在或潜在NSI。一个通知在0.75和1.20之间变化时轴矢量奇异夸克贡献考虑在内,而对于的NSI比率显著降低;也就是说,它位于0.55和0.8之间。此外表明,与陌生的夸克,SM的结果在预测NSI乐队。

关注相关的实验中,为了执行可靠的计算,重要的影响,来自泡利不相容原理必须考虑(初始的核子的费米运动)。具体来说,在核物质的原子核束缚的情况下,在费米气体模型,它是足以把自由截面中给出(7)抑制因素。后者占泡利阻塞影响当地的最后的核子密度近似(62年),是由表达式(29日] 在哪里是中子核的数量目标。假设碳排放目标,,的形式 费米的势头GeV(它的定义,请参阅[61年,65年])和three-momentum传输的大小。在这个框架中,总截面可以通过数值积分计算的微分截面(7), 不错的散射,过程的运动学提供近似的动量转移的上限,因为 获得的结果显示在图5对质子和图6为中子(i)自由核子散射的情况下,也就是说,在一个氢原子(a),和(2)介质散射,也就是说,在一个碳原子束缚的核子(b)。正如所料,SM和NSI,获得综合的横截面比这大得多的过程的反应。显然,我们也可以发现,一旦横截面,两者兼而有之和散射通道,增强当潜在的非零NSI被假定。neutrino-proton散射的情况下,考虑轴矢量奇异夸克主导的总截面的影响。另一方面,关注neutrino-neutron散射,以为陌生的核子导致总截面的抑制。最终,我们发现产生的奇异夸克和NSI乐队只对重叠流程。

在这一点上,我们发现它有趣的讨论关注MiniBooNE实验和应用解决NSI模型。因此,通过旋卷MiniBooNE中微子束的能量分布与NSI截面(7),我们评估flux-integrated微分NSI neutrino-nucleon横截面通过表达式 利用μ子中微子通量,正常化,团结。结果见图7,清楚地表明,核的影响成为重要的反冲能量较低。更具体地说,对自由的核子散射出版社(如氢目标),横截面是明显增大,不断增加对低核子反冲能量。相反,对绑定的核子内碳排放目标的情况下材料,,截面变化的行为大大反冲能量和其价值较低能量的最小化≲100伏。至于前面所讨论的总集成的横截面,我们的结果显示了奇怪的夸克之间的重叠和NSI乐队只涉及的流程散射。

我们终于测试采用NSI场景的兼容性与最近LSND和MiniBooNE实验的结果。这一目标,专注于neutrino-nucleon散射矿物油(),折叠的微分截面读(47] 然后,我们评估常规和NSI事件的数量作为核子反冲能量的函数,通过假设探测器(即。,the detector material of the LSND and MiniBooNE experiments) through the expression 为了面对我们现在的结果与最近MiniBooNE数据,我们认为以下实验数量:利用μ子中微子通量,是正常的质子目标(锅)表示数量的锅在数据(46),表示探测器效率从[49]。核子目标在探测器的数量进行评估,矿物油的密度在20°C (48),阿伏伽德罗常数。探测器采用的基准量减少(47]。图8说明事件的数量作为核子动能的函数,的上下文中获得的SM,以及通过假设利率带来的潜在贡献奇异夸克或NSI (MiniBooNE实验结果的比较,请参阅[47])。事件变得重要的获得超额反冲能量较低,反映了偶极子的形成因素进入的定义NSI核子形式因素给出了(15)。

出于我们的以前的研究,我们认为它有趣的估计MiniBooNE标准互动的敏感性,通过适合分析。通过改变一个NSI耦合和忽视潜在的奇异夸克的贡献,最小化函数提供了限制NSI参数的顺序。此外,为了探索奇怪的重叠夸克和NSI贡献进入散射截面(出版社7),两个参数组合进行分析。通过同时改变奇怪的夸克和NSI(设置)参数,最小化收益率参数空间的轮廓如图9CL, 68%, 90%, 99%。这些结果强烈表明当前neutrino-nucleon实验是有利的设施提供新的见解和严重的非标准交互参数界限。

4所示。摘要和结论

在目前的工作,关注指标neutrino-nucleon散射,潜在的SM横截面修正源于奇异夸克贡献和非标准neutrino-nucleon交互是全面调查。在这种背景下,探索相关的模型参数的可能性。此外,特殊的努力一直致力于对探索重叠由于奇异夸克和NSI的可能贡献。这项研究涉及到可靠的微分和总neutrino-nucleon横截面的计算考虑重要的核效应,如泡利阻塞。在这个框架中,NSI贡献来源于各自的核子形式因素,采用偶极子动量的依赖,而相应的横截面的大小NSI相当敏感。后者产生重大影响的预期数量指标neutrino-nucleon事件并导致速度的增强,这可能是被相关实验(例如,MiniBooNE),即使是小的味道改变参数值。此外显示可能的测量的NSI横截面的比值过程中在一个探测NSI提供一个独特的研究路径。

我们压力,然而,上述结果是指远期NSI散射,因此他们不准确报道MiniBooNE异常繁殖,一个各向同性的事件被发现要么来自电子或光子转换。此外,NSI的贡献很小,如果选择“标准”可能NSI的价值贡献。此外,在这种情况下,在矿物油反冲质子可能速度低于切伦科夫阈值,因此不能繁殖切伦科夫戒指。另一方面,存在潜在的非标准neutrino-nucleon事件可以兼容的LSND异常不依赖切伦科夫辐射。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢教授s . n . Gninenko刺激讨论。

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