Friedberg- 李政道对称性与中微子味结构

邢志忠

高能所

2006 年 12 月 1 日

发现宇称破坏 50

年庆祝李先生 80 大寿

发现宇称破坏 50

年庆祝李先生 80 大寿

那谁和那谁在 1956

C.L. Cowan 和 F.J. Reines 首次探测到核反应堆发出的反电子中微子

李政道和杨振宁首次提出弱相互作用宇称对称性破坏的思想 (50 年纪念 )

笑傲江湖

80 岁生日

指导性结论

而且可能破坏得很大

对称性是可以破坏的

大幅度地破坏 Friedberg-李政道对称性

质量起源与味结构质量起源与味结构

基本粒子

点 弦

质量起源 标准模型 : Higgs机制

Glashow

比喻

超对称 ??

Higgs粒子藏身何处 ?)()(),(),(),(SM HVGLHGLHfLGfLL

质量谱

的确非常离谱 !

与其他粒子的相互作用

味对称性 ?

---- 相同的规范量子数 , 然而彼此不同

轻子或夸克的不同代之间是如何被区分的 ?

夸克质量很强的等级性和很小的味混合角 !---- 需要某种被排定的味结构

中微子极小的质量和轻子很大的味混合角 !或许隐含着某些味量子数 / 某种味对称性

Who ordered that? (I.I. Rabi)

模型构造 很多尝试S3 , S4 , A4 , Z2 , U(1)F , SU(2)F , 等等

例一

Fritzsch, 邢 1996

例二

Harrison, Perkins, Scott 2002

夸克味混合 Cabibbo (1963)-Kobayashi-Maskawa (1973) Matrix:

实验历史进程 : θ12 → θ23 → θ13 → δ

~13° ~2° ~0.2° ~65°

1963 1983 1990 2001

最小夸克混合角 θ13 是精确测量的转折点 , 尤其对研究 CP 破坏和新物理至关重要 .

轻子味混合 Maki-Nakagawa-Sakata (1962) Matrix:

实验历史进程 : θ23 → θ12 → θ13 → δ/ρ/σ

~45° ~33° <10° ~???

1998 2001 20xx 20yy

最小轻子混合角 θ13 是精确测量的转折点 , 尤其对研究 CP 破坏和新物理至关重要 .

F- 李对称性模型F- 李对称性模型

李先生的新工作

上周六

新的味对称性

ee

ee

c

baLmass

Dirac 中微子质量算符 :

质量矩阵 :

e

eML )(

mass

acac

abab

cbcb

M

行列式 0321 mmm 一个中微子为零质量！

平移不变性 z

加入对称性破缺项 :

)(

0

mass

eeee

ee

mc

baL

e

eML )(

mass

acmac

abamb

cbcbm

M

0

0

0

对角化 :

3

2

1

m

m

m

VMV

2cos0

2sin

0102

sin02

cos

2/13/16/1

2/13/16/1

03/16/2

V

对称性破坏

acb

bc

2)(

)(3tan

- 对称性破缺

数值结果

0 2 4 6 8 1035.2

35.3

35.4

35.5

35.6

35.7

35.8

35.9

36

13

/

12

/

0 2 4 6 8 1036

38

40

42

44

46

48

50

52

54

13

/

23

/

θ13θ13

θ12 θ23

新的对称性破缺方案新的对称性破缺方案

动机

破坏 F- 李对称性但保证一个中微子的质量为零

罗舒 , 邢 : hep-ph/0611360 ( 昨天 )

Majorana 中微子

1906-2006

100 年纪念

对称性破缺

行列式 0321 mmm 一个中微子为零质量！

Majorana 中微子质量算符 :

质量矩阵 :

质量谱与味混合 01 m

eV102.5 22sun

2atm3

mmm

eV104.8 32sun2

mm

(a, b, c 为实的情形 )

预言

讨论

可以引入 CP 对称性破坏

可以与 seesaw 机制相结合

可以讨论 leptogenesis 机制可以拓展到夸克混合的情形

theta_13 的重要性theta_13 的重要性

味物理的核心问题

味混合 物质相互转化

质量 物质起源

CP 破坏

物质 - 反物质不对称

物质 - 反物质不对称CP 破坏 : K 介子系统 /B 介子系统 / 强 CP 问题 /…

地球(人)

光年

1010

可观测宇宙 观测事实 :在可观测宇宙范围内没有发现反物质存在的迹象。今天的宇宙为何具有物质 -反物质不对称？

一个物质世界

Dirac 的思辨没有证据 或许存在另

一个由反物质组成的镜像世界 ?(1933)

测量 theta_13 极为重要 所有的质量、味混合角和 CP 破坏位相参数目前不能被可靠预言，它们的数值只能依赖于实验测量；

更基本的味理论在可以预见的未来似乎不太可能出现，GUT 作为有限， SUSY 导致更复杂的味问题；

无论夸克还是轻子物理，关注最小混合角 θ13 是实验的关键转折点：实验从此进入精确测量阶段；

只有完成对最小混合角 θ13 的测量，才能开始实施至关重要的寻找轻子 /夸克 CP 破坏效应的实验；

只有在测量最小混合角 θ13 的阶段或者之后，才能实施至关重要的寻找各种可能的新物理的实验。

大亚湾核电站 岭澳核电站

大亚湾

大亚湾实验方案

机遇与挑战

Muss es sein --- Does it have to be?

Es muss sein --- It does have to be!

非如此不可 ?非如此不可 !

总结与展望 总结与展望

问题 1: 中微子是 Dirac 粒子还是 Majorana 粒子？ 问题 2: 中微子究竟有多少种 /代 /个？

问题 3: 中微子的绝对质量？

问题 4: 中微子的相对质量？

问题 5: 最小轻子混合角究竟有多小？

问题 6: 轻子 CP 对称性破坏？

问题 7: 中微子质量起源的动力学及其能标？…… 这些还只是粒子物理学家的很多基本问题中的一部

分 .中微子天文学、中微子宇宙学等领域也存在不少难题 .

问题

超低能 ? 超高能 ? 超轻味 ? 超重味 ?

定位

让历史…那什么…告诉未来 ?百亿年前中微子出世 ,

几十万年前人类出现 ,

五十年前测到中微子 .

歌德历史给予我们的最好的东西 就是它激起的热情

2012? (H. Murayama’s Prediction at Neutrino 06)

李先生的期望