Космологические и астрофизические аспекты физики тяжелого стабильного и легкого нестабильного нейтрино

• Автор: Белоцкий, Константин Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б.м.
• Количество страниц: 217 с. : ил.

Глава I. Ограничение на 4у-взаимодействие и его космологические эффекты

1. Введение

2. Ограничение на константу бу в случае тяжелого ^-бозона

3. Ограничение на константу 07 в случае легкого ^-бозона

4. Сводка ограничений

Глава II. Возможные космологические и астрофизические проявления тяжелого нейтрино

1. Гипотеза о существовании нейтрино 4-го поколения

2. Закаленная концентрация тяжелых нейтрино

3. Ограничения, накладываемые подземными экспериментами

по прямому поиску VIMPob

4. Накопление и аннигиляция галактических тяжелых нейтрино

в Земле и Солнце
5. Медленный компонент космических тяжелых нейтрино
6. Аннигиляции реликтовых тяжелых нейтрино
как источник космических лучей
7. Результаты анализа данных о космических лучах
в сравнении с результатами подземных экспериментов

Глава III. Возможные проявления 4-го нейтрино в экспериментах на ускорителях
1. Поиск 4-го нейтрино в процессах ве-^NNy
2. Влияние 4-го поколения на свойства и поиск бозона Хиггса
Заключение
Приложения
Список публикаций по диссертационной работе
Список литературы

Проблемы числа сортов нейтрино, наличия у них массы, существования нейтринных осцилляций и стабильность массивных нейтрино относятся к числу давних и важнейших задач физики элементарных частиц (ФЭЧ). Решение этих проблем выходит за рамки стандартной модели элементарных частиц (СМ) и имеет большое значение для астрофизики и космологии. Поэтому, в свою очередь, естественно внимание к новым явлениям физики нейтрино, предсказываемым при расширении СМ. Междисциплинарный подход, связывающий предсказания новых физических явлений с их астрофизическими и космологическими проявлениями, ставший в последние годы необходимым при изучении новой физики и физических основ современной космологии, важен и при изучении возможной новой физики нейтрино.
В диссертации рассматривались модели легких нестабильных нейтрино (глава I) и нового тяжелого стабильного нейтрино (главы ІІ-ІІІ), затрагивая космологические и астрофизические аспекты.
С легкими нейтрино связывались большие надежды на разрешение в космологии проблемы скрытой массы, формирования крупномасштабной структуры Вселенной (КМС). Однако впоследствии такой сценарий был закрыт. В случае скрытой массы в виде легких стабильных нейтрино КМС за время жизни Вселенной успевала бы не только сформироваться, но и разрушиться, а также имело бы место слитком сильное подавление образования мелкомасштабной структуры. В 1980х годах в работе [1] была предложена возможность решения проблемы КМС, в которой нейтрино, имеющие массу ЗОН00 эВ, распадаются за время
8~9
~10 лет. Для реализации такой возможности необходимо физическое обоснование нестабильности нейтрино, отсутствующей в рамках СМ. В диссертации в этой связи рассматривалось гипотетическое межнейтринное взаимодействие -4 v-взаимодействие, предложенное в физике частиц в 1960х годах [2-3]. Проведен
С выбранными таким образом шагами интегрирование методом Симпсона величины (<таппу) дает для х, (ІІ.2.38) результат, представленный на рисунке 7. Учет бозона Хиггса с тн = 120 и 140 ГэВ показан пунктирной линией.
Реликтовая плотность нейтрино (ІІ.2.32), оценка которой сводится к вычислению J (ІЇ.2.25), представлена на рис.8. Учет бозона Хиггса показан аналогично рис. 7. В областях значений массы нейтрино 55 < т <60 ГэВ и 65 Рис.8. Плотность реликтовых нейтрино, П, в зависимости от его массы с учетом и без учета канала
у4у4-> Н -»... при тн = 120 и 140 ГэВ.
40 45 50 55 60 65 70 75
т, ГэВ
Уменьшение шагов интегрирования по сравнению с выбранными выше значениями не приводит к ощутимому изменению результатов.
Отметим особое поведение О в области ХБР. Во-первых, ширина резонансной области намного шире Г„. Во-вторых, влияние ХБР на О плавно нарастает с увеличением т от т,, 12-неск.ГэВ до тн /2-0,5 ГэВ, затем резко уменьшается, практически полностью исчезая при тн / 2. Это качественно объясняется тем, что характерная кинетическая энергия нейтрино в период закалки