Майорановские нейтрино и процессы с несохранением лептонного числа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

На правах рукописи

Журидов Дмитрий Владимирович

МАЙОРАНОВСКИЕ НЕЙТРИНО И ПРОЦЕССЫ С НЕСОХРАНЕНИЕМ ЛЕПТОННОГО ЧИСЛА

Специальность 01.04.02 — теоретическая физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических паук

Москва — 2006

Работа выполнена на кафедре теоретической физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

профессор A.B. Борисов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор П.А. Эминов, кандидат физико-математических наук доцент А.И. Тернов

Ведущая организация: Томский государственный университет

Защита состоится "¿¿Л 2006 г. в на заседании

Диссертационного совета К 501.001.17 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова (119992, г\ Москва, Ленинские горы, физический факультет МГУ, ауд. (. 0-^7 ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан "// " (Хп/^С/^ 2006.

Ученый секретарь

Диссертационного совета К 501.001.17 доктор физико-математических наук _

профессор "'"у" H.A. Поляков

2.00& к 7Аее

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Обнаруженные на рубеже XX и XXI веков осцилляции солнечных, атмосферных, реакторных и ускорительных нейтрино, означают наличие масс у этих частиц и смешивания в лептонном секторе. Тем не менее, остаются неизвестными природа и абсолютный масштаб масс нейтрино. По типу масс нейтрино могут быть майорановскими или дираковскими. Свойства тех и других существенно различны. Например, майора-новские фермионы, в отличие от дираковских, должны приводить к процессам с изменением полного лептонного числа на величину, кратную двум. Последнее влечет за собой существенные эффекты, такие как лептогенезис, объясняющий барионную асимметрию Вселенной. Что касается абсолютного масштаба масс нейтрино, то осцилляционные эксперименты к нему не чувствительны, а по неосцилляционным данным (космология; прецизионные измерения спектров заряженных частиц, испускаемых вместе с нейтрино в слабых распадах) массы нейтрино на пять или более порядков величины меньше масс заряженных лептонов, что требует дополнительного объяснения. Многие модели, естественно объясняющие столь малые массы нейтрино, утверждают необходимое существование помимо легких, очень тяжелых нейтрино, чьи массы могут возникнуть далеко за пределами Стандартной модели. Причем, в этих моделях все нейтрино, в результате смешивания, оказываются майорановскими. Ответить на. вопросы о природе и абсолютном масштабе масс нейтрино позволит наблюдение обусловленных промежуточными майорановскими нейтрино процессов рождения пар одинаково заряженных лептонов в глубоконеупругих лептой-протонных столкновениях или в безнейтринном двойном бета-распаде. Кроме того, данные процессы чувствительны к физике за пределами Стандартной модели, в частности, к параметрам: суперсимметричных теорий, моделей со скалярными частицами, взаимодействующими с парами кварков и лентонов, и теорий с правыми токами, связанными с лептокварками или правыми заряженными калибровочными бозонами.

з

Целью диссертационного исследования является изучение возможных процессов с несохранением числа лептонов, обусловленным промежуточными легкими и тяжелыми майорановскими нейтрино, позволяющих определить тип и абсолютный масштаб масс нейтрино и чувствительных к параметрам различных расширений Стандартной модели.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

• исследованы обусловленные тяжелыми майорановскими нейтрино процессы рождения дилептонов в лептон-лротонных столкновениях- изучен эффект интерференции нескольких тяжелых нейтрино, определены возможности наблюдения процессов, проанализированы способы определения характеристик тяжелых майорановских нейтрино;

• для общего лоренц-инвариантного лагранжиана получено распределение по углу разлета электронов в безнейтринном двойном бета-распаде, обусловленном легкими майорановскими нейтрино; расширения Стандартной модели классифицирован-ны по характерному для них виду полученного распределения; определено ограничение на массу правого заряженного калибровочного бозона в зависимости от эффективной массы нейтрино и коэффициента угловой корреляции электронов.

Научная и практическая ценность работы. Полученные результаты могут быть использованы в более обширных и детальных теоретических исследованиях процессов с несохранением лептонного числа, обусловленным промежуточными майорановскими нейтрино, и в экспериментальных исследованиях: в работе на действующих и при проектировании будущих лептон-протонных коллайдеров и установок по поиску безнейтринного двойного бета-распада.

Результаты могут быть использованы на физическом факультете МГУ, в НИИЯФ МГУ, ИТЭФ, ИЯИ, ОИЯИ, ФИАН.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на. 11-й и 12-й международных Ломоносовских

конференциях по физике элементарных частиц (Москва), научных конференциях «Ломоносовские чтения» (Москва — 2003, 2005), конференции «Ломоносов-2003» (Москва), научных сессиях-конференциях секций ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий» (Москва — 2002, 2004 и 2005 (два доклада)), международной летней школе им. Гельмгольца «Физика тяжелых кварков» (Дубна — 2005), а также на семинарах кафедры теоретитеской физики физического факультета МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав основного текста, включая шесть приложений, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 102 страницу текста, набранного в издательской системе LATEX. Список цитируемой литературы включает 113 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении (глава 1) обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цели исследования и оиисано построение диссертационной работы.

В главе 2 изложены основные сведения о нейтрино. Проведено сопоставление свойств майорановских и дираковских нейтрино, в частности, различие в их свойствах по отношению к симметрии, связанной с сохранением лептонного числа.

В параграфе 1 дана краткая история предсказания и экспериментального открытия нейтрино, описаны основные черты Стандартной модели, обосновано отсутствие масс у нейтрино и смешивания лептонов в ее минимальном варианте. Здесь же обрисованы способы генерации малых масс нейтрино в расширениях Стандартной модели.

Параграф 2 посвящен сравнительному описанию кинематики, квантования, электромагнитной структуры майорановских и дираковских нейтрино. Здесь также описано фазовое преобразование,

инвариантность по отношению к которому лагранжиана дираков-ских нейтрино, в отличие от майорановских, приводит к сохранению числа лептонов.

В параграфе 3 основные механизмы генерации масс нейтрино разобраны для одного поколения легких лептонов. Внимание акцентировано на механизмах, дающих малые, по сравнению с массами заряженных лептонов, массы, по крайней мере, части нейтрино.

Для наблюдаемой картины трех поколений легких лептонов в параграфе 4 рассмотрен переход от флейверного базиса нейтрино к их массовому базису, подробно описан широкий класс из рассмотренных в предыдущем параграфе механизмов -качельный, записан лагранжиан слабого взаимодействия лептонов с левыми и правыми заряженными И^-бозонами, произведен подсчет параметров смешивания для легких и тяжелых майорановских нейтрино.

Осцилляции нейтрино в вакууме рассмотрены в параграфе 5.

В параграфе 6 объяснены причины нечувствительности современных нейтринных экспериментов к типу масс нейтрино, приведены возможные классы процессов, чувствительных к нему, а также представлены современные данные о массах нейтрино и совместимые с ними спектры масс легких нейтрино.

Глава 3 посвящена исследованию процессов рождения дилепто-нов в глубоконеупругих позитрон-протонных и нейтрино-протонных столкновениях при участии промежуточных майорановских нейтрино.

В параграфе 1 описана суть рассматриваемых процессов, поставлены цели и дана структура главы.

В параграфе 2 рассказано об использованных в данной главе ограничениях на параметры смешивания тяжелых майорановских нейтрино (ТМН) и основных приближениях, также о рассматриваемой области параметров (включая массы нейтрино и полную энергию процесса), для которой эффекты легких нейтрино в исследуемых процессах малы, по сравнению с эффектами ТМН.

Основные типы фоновых процессов описаны в параграфе 3.

Параграф 4 посвящен расчету сечений исследуемых столкновений

в

для простейшего спектра масс ТМН, такого что основной вклад в амплитуды дает одно нейтрино. В расчете учтены эффекты И^-бозонов продольной и поперечной поляризаций и показано, что в рассматриваемой области больших масс нейтрино и полных энергий эффекты поперечно поляризованных W-бозонов малы. Кроме того, в данном параграфе показана невозможность наблюдения рассматриваемых процессов на действующем (HERA) и проектируемом (VLHC) лептон-протонных коллайдерах для критерия наблюдаемости — не менее одного события в год. Найдены полная энергия и светимость установки, при которых регистрация возможна, и определены пределы чувствительности установки с заданными параметрами.

В параграфе 5 дано обобщение результатов на случай более сложного эффективно дублетного спектра масс ТМН, при котором существенны эффекты двух нейтрино в амплитудах процессов. Изучен эффект интерференции нейтринных массовых состояний. Построена область в плоскости возможных значений масс двух ТМН, доступная для наблюдения на установке с ранее заданными параметрами.

В параграфе 6 описаны обобщения на варианты более сложных спектров масс ТМН и показано, что в любом случае сечения не будут превосходить сечений, учитывающих вклад только одного, наиболее легкого ТМН.

Исследование возможности определения масс, а также СР-нарушающих фаз и углов матрицы смешивания ТМН представлено в параграфе 7. Здесь получено дифференциальное распределение по наблюдаемым продольным быстротам конечных лептонов и их поперечному импульсу. Выяснено, что знание всех девяти независимых нейтринных параметров (случай эффективно дублетного спектра), входящих в дифференциальные распределения шести возможных процессов с различными парами конечных лептонов, позволит определить шесть норм элементов первых двух столбцов и три разности СР-нарушающих фаз матрицы смешивания.

В параграфе 8 обсуждены основные результаты главы.

В приложения к главе 3 вынесены технические детали вычислений.

В главе 4 исследовано распределение по углу разлета электронов в безнейтринном двойном бета-распаде.

В параграфе 1 после исторической справки разъяснены основные задачи главы.

Параграф 2 посвящен описанию используемого в расчетах наиболее общего лоренц-инвариаитного эффективного лагранжиана, а также сопоставлению его параметров с параметрами менее общих моделей, рассматриваемых в литературе.

Использованные в данной главе приближения пояснены в параграфе 3.

В параграфе 4 распределение по углу разлета электронов в исследуемом распаде записано сначала для векторной части лагранжиана и проведено сопоставление с результатами других авторов, затем записаны остальные вклады в распределение с учетом скалярной и тензорной частей лагранжиана.

Эффекты нестандартных взаимодействий, имеющих место в различных расширениях Стандартной модели, классифицированы в параграфе 5 по характерному для них виду исследуемого распределения. Во второй части параграфа дано ограничение снизу на массу правого заряженного калибровочного бозона лево-право-симметричной модели в зависимости от эффективной массы нейтрино и коэффициента угловой корреляции электронов.

Наконец, в параграфе 6 обсуждены основные результаты главы.

В приложения к главе 4 вынесены технические детали вычислений.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации, и приведена апробация работы.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Исследованы обусловленные промежуточными тяжелыми май-орановскими нейтрино процессы рождения дилептонов в лептон- протонных столкновениях высоких энергий с учетом интерференции нескольких нейтринных массовых состояний.

Определены возможности наблюдения исследуемых процессов на лептоп-протонных коллайдерах.

2. Предложен метод определения масс тяжелых майораиовских нейтрино, а также соответствующих углов смешивания и СР-нарушающих фаз по дифференциальным распределениям лептон-протонных процессов по наблюдаемым продольным быстротам конечных лептонов и их поперечному импульсу.

3. Получено выражение дифференциальной ширины по углу разлета электронов в безнейтринном двойном бета-распаде, обусловленном обменом легкими майорановскими нейтрино, для общего лоренц-инвариантного эффективного лагранжиана, учитывающего возможные эффекты майорановских суперпартнеров, скалярных билинеаров, правых токов и др.

4. Различные расширения Стандартной модели классифицирован-ны по характерному для них виду углового распределения в безнейтринном двойном бета-распаде. Получено ограничение снизу на массу правого заряженного калибровочного бозона в зависимости от эффективной массы нейтрино и коэффициента угловой корреляции электронов.

Основные публикации по теме диссертации

1. А Али, A.B. Борисов, Д. В. Журидов. Тяжелые майорановские нейтрино в рождении дилептонов на лептон-протонных коллайдерах. // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. — 2004. №1. — С. 15-18.

2. А. Али, A.B. Борисов, Д.В. Журидов Рождение дилептонов в глубоконеупругом лептон-адронном рассеянии- эффект интерференции тяжелых майорановских нейтрино. // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. 2005. №2. С. 3—6.

3 А. Али, А В. Борисов, Д. В. Журидов. Тяжелые майорановские нейтрино в рождении дилептонов в глубоконеупругом лептон-

протонном рассеянии // ЯФ. 2005. - Т.68, №12. - С. 2123 2129

4. A. Ah, А V. Bortsov, D.V. Zhundov. Effects of Heavy Majorana Neutrinos at Lepton-Proton Colliders // Particle Physics in Laboratory, Space and Universe. Proc. 11th. Lomonosov Conf. on Elementary Particle Physics (Moscow, 21—27 August 2003). / Ed A. I. Studenikin. - Singapore: World Scientific, 2005. - P. 66-70.

5. А. Али, А.В. Борисов, Д. В. Журидов. Майорановские нейтрино в лептон-протонных процессах. // Ломоносовские чтения — 2003. Секции физики. Сборник тезисов докладов. М.: Физический факультет МГУ, 2003. - С. 32-34.

6 Д. В. Журидов. Перспективы поиска тяжелых майорановских нейтрино на коллайдерах высоких энергий. // X Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов — 2003». Секция «Физика». Сборник тезисов докладов. М.: Физический факультет МГУ, 2003. — С. 179—181.

7. А. Али, А.В. Борисов, Д.В. Журидов. Безнейтринный двойной бета-распад в теориях, обобщающих стандартную модель. // Ломоносовские чтения — 2005. Секция физики. Сборник тезисов докладов М.- Физический факультет МГУ, 2005. — С 69—71

ю

Подписано к печати Ю. 04. ОЬ Тираж ИЗО Заказ 52

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

?4GG

1 Введение

2 Майорановские нейтрино и лептонное число

2.1 Нейтрино и Стандартная модель.

2.2 Сравнительное описание майорановских и дираковских нейтрино.

2.2.1 Кинематика.

2.2.2 Лептонное число.

2.2.3 Квантование

2.2.4 Электромагнитные свойства.

2.3 Механизмы генерации масс нейтрино (одно поколение легких лептонов).

2.4 Смешивание нейтрино.

2.4.1 Переход к массовому базису.

2.4.2 Матрицы смешивания и CP-нарушающие фазы

2.5 Осцилляции нейтрино.

2.6 Нейтрино на опыте.

2.6.1 Два типа нейтрино в эксперименте.

2.6.2 Спектр масс нейтрино.

3 Майорановские нейтрино в столкновениях лептонов с протонами: процессы е+р -» vet+i'+X и vep -» et+t'+X

3.1 Постановка задачи.

3.2 Приближения и ограничения.

3.3 Фон

3.4 Эффективно синглетный спектр.

3.4.1 Сечение.

3.4.2 Сравнение случаев продольной и поперечной поляризаций W-бозонов.

3.4.3 Возможности наблюдения процессов.

3.5 Эффективный дублет.

3.6 Эффективные мультиплеты.

3.7 Дифференциальное распределение.

3.8 Обсуждение результатов.

Рабочей теорией физики микромира на сегодняшний день является Стандартная модель (СМ) электрослабых и сильных взаимодействий. Она с высокой точностью описывает большинство опытных данных об элементарных частицах, кроме того, она сравнительно проста, что во многом связано с ее перенормируемостыо. Тем не менее, существуют теоретические и экспериментальные свидетельства недостаточности СМ. К первым относится отсутствие: описания гравитации, объяснения дублирования поколений фермионов и их спектра масс, взаимосвязи между константами связи для групп, составляющих модель и др. Серьезными косвенными экспериментальными недостатками СМ являются: наличие во Вселенной «скрытой» массы и барионной асимметрии, а также квадратичная расходимость массы хиггсовского бозона, вследствие которой, «тонкую настройку» квадрата этой массы с точностью до Ю-34, по сравнению с квадратом план-ковской массы (если предполагать, что СМ справедлива вплоть до план-ковского масштаба энергий), требуется проводить в нескольких порядках теории возмущений [1], что выглядит искусственным. Необходимое существование теории, обобщающей СМ, отменяет требование перенормируемости СМ, являющейся в данном случае низкоэнергетическим пределом более фундаментального описания природы. В результате, отпадают такие следствия данного требования как законы сохранения барионного и леп-тонных чисел. Сохранение последних было ответственно за отсутствие в

СМ масс у нейтрино. Поэтому основным экспериментальным аргументом в пользу необходимости ее расширения являются обнаруженные на рубеже второго и третьего тысячелетий осцилляции солнечных, атмосферных, реакторных и ускорительных нейтрино (см. обзоры [2,3] и приведенные там ссылки на результаты экспериментов SNO, Super-Kamiokande, KamLAND и др.), означающие наличие у этих частиц масс и смешивания, приводящего к несохранснию, по крайней мере, лентонных чисел поколений (семейств)1. (По данным других прецизионных экспериментов и космологии массы нейтрино меньше или порядка 1 эВ, см. раздел 2.6.2.) Данное открытие актуализирует вопросы о природе и механизме генерации масс нейтрино. Существует две альтернативные возможности: майорановских и дираковских нейтрино, чьи свойства должны быть существенно различными. Например, майорановские фермионы, в отличие от дираковских, должны приводить к процессам с изменением полного лептонного числа на величину, кратную двум. Это их свойство влечет за собой существенные эффекты, такие как лептогенезис, объясняющий барионную асимметрию Вселенной [4-6]. Важный класс механизмов генерации масс нейтрино (качельный механизм) приводит к необходимому существованию помимо наблюдаемых легких еще и тяжелых нейтрино. Основными источниками достоверной информации о нейтрино, помимо осцилляционных экспериментов, являются эксперименты на современных ускорителях высоких энергий, а также опыты в подземных низкофоновых нейтринных лабораториях по поиску редких процессов, таких как двойной безнейтринный бета-распад и редкие распады мезонов.

Настоящая диссертация содержит три главы помимо введения и за

Ср. англ. family lepton numbers. ключения. В главе 2 дается описание основных сведений о нейтрино, в частности майорановских, а также обзор литературы по теме диссертации. В последующих главах рассматриваются процессы, в которых благодаря участию майорановских нейтрино число лептонов изменяется на две единицы. Задача по извлечению данных о гипотетических тяжёлых майорановских нейтрино (ТМН), их массах и параметрах смешивания, из глубоконеупру-гого лептон-протонного рассеяния поставлена и решается на протяжении главы 3. В главе 4 исследуется распределение по углу разлета электронов в гипотетическом безнейтринном двойном бета-распаде, обусловленном виртуальными легкими майорановскими нейтрино, как один из критериев выявления механизма данного процесса. Учтены эффекты всевозможных лоренц-инвариантных взаимодействий.

Основные результаты, изложенные в данной главе, сформулированы в [110].

4.6. Обсуждение результатов

В главе 4 исследован двухнейтронный механизм безнейтринного двойного бета-распада, обусловленного легкими майорановскими нейтрино. Распределение по углу разлета электронов в распаде рассчитано для наиболее общего лоренц-инвариантного эффективного лагранжиана, учитывающего возможные эффекты майорановских суперпартнеров, скалярных билинеаров, правых токов и др. Характерные параметры лагранжиана классифицированы по отношению ко влиянию их на полученное распределение. Выяснилось, что и в суперсимметричной теории с нарушенной Л-четностью, и в моделях с правыми токами, связанными с лептоквар-ками или правыми заряженными векторными бозонами существуют параметры, приводящие к изменению формы 1 — cos# данного распределения, характерной для Стандартной модели расширенной майорановскими нейтрино. Для лево-ираво-симметричной модели найдено ограничение на массу правого Мд-бозона в зависимости от эффективной массы нейтрино и коэффициента угловой корреляции электронов в случае распада ядра 76Ge. Данное ограничение оказалось достаточно сильным: даже в случае распределения близкого к 1 + cos в, для которого незапрещенпые значения масс И^д-бозонов наиболее низки, при эффективной массе нейтрино менее 0.1 эВ массы И'д-бозонов должны превышать 100 ТэВ. Данный результат следует понимать скорее не как высокую чувствительность исследуемого механизма распада к большим величинам масс 1Уд-бозонов, но как, вероятно, малый вклад данного эффекта в амплитуду распада по сравнению с другими возможными эффектами, в частности, эффектом тех же Wrбозонов в не рассматриваемом здесь механизме распада, обусловленном взаимодействием малого радиуса.

5. Заключение

В настоящей диссертации были исследованы некоторые процессы с участием майорановских нейтрино, приводящих к изменению лептонного числа на две единицы. Именно:

1. Рассчитаны, с использованием метода эффективных векторных бозонов, сечения обусловленных тяжелыми майорановскими нейтрино процессов рождения дилептонов в глубоконеупругих протон-позитронных и протон-нейтринных столкновениях.

2. Проверено непосредственным вычислением, что в рассматриваемой области высоких энергий и больших масс нейтрино основной вклад в сечение процесса вносят продольные, а не поперечные, степени поляризации И^-бозонов. Рассмотрены возможные виды фоновых процессов.

3. Изучен эффект интерференции нескольких нейтринных массовых состояний. Показано, что сечение, учитывающее вклады более чем одного тяжелого майорановского нейтрино, не превосходит сечения для эффективно синглетного спектра, лишь достигает его величины в своем максимуме.

4. Исследованы возможности наблюдения указанных процессов на действующих и будущих лептон-протонных коллайдерах. Показана невозможность регистрации процессов как на действующем коллай-дере HERA, так и на планируемом суперколлайдере VLHC. Найдены требуемые для наблюдения параметры коллайдера, определены пределы чувствительности установки с выбранными параметрами и построена доступная для наблюдения на ней посредством исследуемых процессов область в плоскости возможных значений масс двух тяжелых майорановских нейтрино.

5. Проанализирована возможность определения масс, а также СР-нарушающих фаз и углов матрицы смешивания тяжелых майорановских нейтрино. Для этой цели получено дифференциальное распределение по наблюдаемым продольным быстротам конечных лептонов и их поперечному импульсу. Выяснено, что знание всех девяти независимых нейтринных параметров (случай спектра, учитывающего два тяжелых майорановских нейтрино), входящих в дифференциальные распределения шести возможных процессов с различными парами конечных лептонов, позволит определить шесть норм элементов первых двух столбцов и три разности CP-нарушающих фаз матрицы смешивания.

6. Получено выражение дифференциальной ширины по углу разлета электронов в безнейтринном двойном бета-распаде, обусловленном обменом легкими майорановскими нейтрино, для общего лоренц-инвариантного эффективного лагранжиана, учитывающего возможные эффекты майорановских суперпартнеров, скалярных билинеа-ров, правых токов и др.

7. Характерные параметры лагранжиана, указанного в пункте б, классифицированы но отношению ко влиянию их на угловое распределение. Найдено, что и в сунерсимметричной теории с нарушенной Д-четностью, и в моделях с правыми токами, связанными с лепто-кварками или правыми заряженными векторными бозонами существуют параметры, приводящие к изменению формы 1—cos в данного распределения, характерной для Стандартной модели, расширенной майорановскими нейтрино.

8. Для лево-право-симметричной модели найдено ограничение на массу правого заряженного калибровочного бозона в зависимости от эффективной массы нейтрино и коэффициента угловой корреляции электронов в случае распада ядра 76Ge. Обнаружено, что наблюдение распределения, близкого к 1 — cos в, должно означать, что правые Ж-бозоны данной модели не существуют или их массы слишком велики для прямых наблюдений в обозримом будущем, а распределение 1 -f cos в можно будет объяснить влиянием правых И^-бозонов сравнительно небольшой массы, менее 100 ТэВ.

Полученные результаты могут быть использованы в более обширных и детальных теоретических исследованиях процессов с несохранением леп-тонного числа, обусловленным промежуточными майорановскими нейтрино, и в экспериментальных исследованиях: в работе на действующих и при проектировании будущих лептон-протонных коллайдеров и установок по поиску безнейтринного двойного бета-распада.

Результаты могут быть использованы на физическом факультете МГУ, в НИИЯФ МГУ, ИТЭФ, ИЯИ, ОИЯИ, ТГУ, ФИАН.

По теме диссертации опубликовано 4 статьи [61,64-66], а также тезисы трех докладов [62,63,110]. Основные результаты, вошедшие в диссертацию докладывались на научных сессиях-конференциях секций ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий» 2002, 2004 и 2005 (два доклада) годов, на 11-й и 12-й Ломоносовских конференциях по физике элементарных частиц, на международной летней школе им. Гельмгольца «Физика тяжелых кварков» (2005), на Ломоносовских чтениях МГУ 2003 и 2005 и на конференции Ломоносов-2003 (МГУ).

Автор глубоко благодарен своему научному руководителю доктору физико-математических наук А. В. Борисову за помощь в выборе темы и большую помощь в работе, профессору А. Али за помощь в выборе направления работы, полезные обсуждения и помощь в работе, профессору В. Ч. Жуковскому за многочисленные ценные замечания, сделанные в процессе работы над всеми главами диссертации, а также Д. В. Перегудову за помощь в модификации программы CTEQ6.

1. Н. P. Nilles. Supersymmetry, Supergravity and Particle Physics // Phys. Rept. 110 (1984) 1-162.

2. Particle Data Group Collab.: S. Eidelman et al. Particles and Fields. Review of Particle Physics // Phys. Lett. В 592 (2004) 1-1109, а также версия 2005 г., частично дополненная для издания в 2006 г. (URL: http: / / pdg.lbl.gov).

3. С. М. Биленъкий. Массы, смешивание и осцилляции нейтрино // УФН 173 (2003) 1171-1186.

4. G. С. Branco. Cosmology and CP Violation // E-print arxive: hep-ph/0309215 (2003) 11pp.

5. G. C. Branco, T. Morozumi, В. M. Nobre, M. N. Rebelo. A Bridge Between CP Violation at Low Energies and Leptogenesis // Nucl. Phys. В 617 (2001) 475-492 hep-ph/0107164.

6. L. Covi, E. Roulet, F. Vissani. CP Violating Decays in Leptogenesis Scenarios // Phys. Lett. В 384 (1996) 169-174 hep-ph/9605319.

7. W. PaulL Letter to L. Meinter and other participants of the conference in Tubingen in 1930 (a copy of the letter can be found in W. Pauli. Neutrino Physics, ed. by K. Winter, Cambrige Univ. Press, Cambrige (1991) 4).

8. А. М. Прохоров и др. Физический энциклопедический словарь // М.: Советская энциклопедия (1983).

9. F. Reines and C.L. Cowan. Jr. Nature 178 (1956) 446.

10. M. C. Gonzalez- Garsia, Y. Nir. Neutrino Masses and Mixing: Evidence and Implications // Rev. Mod. Phys. 75 (2003) 345-402 hep-ph/0202058.

11. С. Вайнберг. Квантовая теория полей, т.1. (S. Weinberg. The Quantum Theory of Fields, v.l Foundations. Cambridge University Press. 1995).

12. M. Gell-Mann, P. Ramond, and R. Slansky. Complex Spinors and Unified Theories //In Supergravity, edited by D.Z. Freedman and P.van Nieuwenhuizen (North Holland, Amsterdam, 1979) 315, 7pp.

13. E. Witten. Neutrino Masses in the Minimal 0(10) Theory // Phys. Lett. В 91 (1980) 81, 12pp.

14. S. F. King. Neutrino Mass Models // Rept. Prog. Phys. 67 (2004) 107-158 hep-ph /0310204.

15. K. Zuber. On the Physics of Massive Neutrinos // Phys. Rept. 305 (1998) 295-364 hep-ph/9811267.

16. B. Kayser, F. Gibrat-Debu, and F. Perrier. The Physics of the Massive Neutrinos, World Scientific, Singapore (1989).

17. C. Giunti and M. Laveder. Neutrino Mixing //In 'Developments in Quantum Physics 2004', edited by F. Columbus and V. Krasnoholovets, Nova Science Publishers, Inc, 54pp. hep-ph/0310238.

18. Y. Grossman. TASI 2002 lectures on neutrinos // Lectures given at the TASI 2002 Summer School, University of Colorado, Boulder, Colorado (2002) 40pp. hep-ph/0305245.

19. M. Doi, T. Kotani, E. Takasugi Double Beta Decay and Majorana Neutrinos // Prog. Theor. Phys. Suppl. 83 (1985) 1.

20. P. A. M. Dirac. The Quantum Theory of Electron // Proc. Roy. Soc. A 117 (1928) 610-624.

21. E. Majorana. Theory of the Symmetry of Electrons and positrons // Nuovo Cimento 14 (1937) 171-184.

22. M. Zralek. On the Possibilities of Distinguishing Dirac from Majorana Neutrinos // Acta Phys. Polon. В 28 (1997) 2225-2257 hep-ph/9711506.,

23. А. В. Борисов, В. Ч. Жуковский, А. В. Курилип, А. И. Тернов. Радиационные поправки к массе нейтрино во внешнем электромагнитном поле // Ядерная физика 41 № (1985) 743-748.

24. А. В. Борисов, В. Ч. Жуковский, А. И. Тернов, Майорановское нейтрино во внешнем неоднородном электромагнитном иоле // Ядерная физика 46 №2(8) (1987) 564-571.

25. А. В. Борисов, В. Ч. Жуковский, А. И. Тернов. Электромагнитные свойства массивных нейтрино // ДАН СССР 308 №4 (1989) 841-844.

26. А. В. Борисов, А. С. Вшивцев, В. Ч. Жуковский, П. А. Эминов. Фотоны и лептоны во внешних полях при конечных температуре и плотности. // УФН 167 № (1997) 241-267.

27. А. Вгопсапо, М. В. Gavela, Е. Jenkins. The Effective Lagrangian for the Seesaw Model of Neutrino Mass and Leptogenesis // Phys. Lett. В 552 (2003) 177-184 hep-ph/0210271.

28. M. B. Popovic and E. H. Simmons. Weak Singlet Fermions: Models and Constraints // Phys. Rev. D 62 (2000) 035002, 29pp. hep-ph/0001302.

29. R.N. Mohapatra et al. Theory of Neutrinos: A White Paper // E-print arxive: hep-ph/0510213 (2005) 143pp.

30. С. Вайнберг. Квантовая теория полей, т.2. (S. Weinberg. The Quantum Theory of Fields, v.2 Modern Applications. Cambridge University Press. 1996)

31. G. C. Branco. CP Violation and New Physics // eConf C0304052, WG301 (2003) 8pp. hep-ph/0307277.

32. T. D. Lee. A Theory of Spontaneous T Violation // Phys. Rev. D 8 (1973) 1226-1239.

33. H. J. Lipkin. What is Coherent in Neutrino Oscillations // Phys. Lett. В 579 (2004) 355-360 hep-ph/0304187.

34. С. Giunti. Coherence in Neutrino Interactions // El-print arxive: hep-ph/0302045 (2003) 4pp.

35. A. D. Dolgov, О. V. Lychkovskiy, A. A. Mamonov, L. В. Okun, M. G. Schepkin. Neutrino Wave Function and Oscillation Suppression // Eur. Phys. J. С 44 (2005) 431-434 hep-ph/0506203.

36. M. K. Sarnal. On the Determination of CP Violating Majorana Phases // E-print arxive: hep-ph/9712439 (1997) 5pp.

37. L. F. Li and F. Wilczek. Physical Processes Involving Majorana Neutrinos // Phys. Rev. D 25 (1982) 143.

38. B. Kayser and R. E. Shrock. Distinguishing Between Dirac and Majorana Neutrinos in Neutral Current Reactions // Phys. Lett. В 112 (1982) 137.

39. В. Kayser. Majorana Neutrinos and Their Electromagnetic Properties // Phys. Rev. D 26 (1982) 1662.

40. G. Belanger, F. Boudjema, D. London, and H. Nadeau. Inverse Neutrinoless Double Beta Decay Revisited // Phys. Rev. D 53 (1996) 62926301 hep-ph/9508317.

41. А. АН, A. V. Borisov, and N. B. Zamorin. Majorana Neutrinos and Same-Sign Dilepton Production at LHC and in Rare Meson Decays // Eur. Phys. J. С 21 (2001) 123-132 hep-ph/0104123.

42. Tao Han, Bin Zhang. Signatures for Majorana Neutrinos at Hadron Colliders // E-print arxive: hep-ph/0604064.

43. M. Flanz, W. Rodejohann, and K. Zuber. Bounds on Effective Majorana Neutrino Masses at Hera // Phys. Lett. В 473 (2000) 324-329; Erratum-ibid. В 480 (2000) 418 hep-ph/9911298.

44. W. Rodejohann and K. Zuber. Signstures of Heavy Majorana Neutrinos and HERA's Isolated Lepton Events // Phys. Rev. D 62 (2000) 094017 hep-ph/0005270.

45. M. Flanz, W. Rodejohann, and K. Zuber. Trimuon Production in Neutrino N Scattering as a Probe of Massive Neutrinos // Eur. Phys. J. С 16 (2000) 453-460 hep-ph/9907203.

46. W. H. Furry. On Transition Probabilities in Double Beta-Disintegration // Phys. Rev. 56 (1939) 1184-1193.

47. H. V. Klapdor-Kleingrothaus, A. Dietz, H. V. Harney and I. V. Krivosheina. Evidence for Neutrinoless Double Beta Decay // Mod. Phys. Lett. A 16 (2001) 2409-2420 hep-ph/0201231.

48. NEM03 Collaboration: R. Arnold et al. Study of 2B-Decay of Mo-100 and Se-82 Using the NEM03 Detector // JEPT Lett. 80 No.6 (2004) 377-381.

49. A. S. Barabash. Double-Beta-Decay Experiments: Present Status and Prospects for the Future // Phys. Atom. Nucl. 67 No. 6 (2004) 438-452.

50. M. Г. Щепкин. Двойной бета-распад и масса нейтрино // УФЫ 143 Ж 4 (1984) 513-548.

51. М. Maltoni, Т. Schwetz, М. Tortola, and J. W. F. Valle. Status of Global Fits to Neutrino Oscillations // New J. Phys. 6 (2004) 122, 40pp. hep-ph/0405172.

52. V. Barger, D. Marfatia, and A. Tregre. Neutrino Mass Limits From SDSS, 2dFGRS and WMAP // Phys. Lett. В 595 (2004) 55-59 hep-ph/0312065.

53. S. Hannestad. Cosmological Neutrinos // New J. Phys. 6 (2004) 108 hep-ph/0404239.

54. V. M. Lobashev. The Search for the Neutrino Mass by Direct Method in the Tritium Beta-decay and Perspectives of Study it in the Project KATRIN // Nucl. Phys. A 719 (2003) 153-160.

55. H. Dreiner, P. Richardson, and M. H. Seymour. Resonant Slepton Production in Hadron-Hadron Collisions // Phys. Rev. D 63 (2001) 055008 hep-ph/0007228.

56. A. Datta, M. Guchait, D. P. Roy. Prospect of Heavy Right-Handed Neutrino Search at Energies Reached at the Superconducting Super Collider and Large Hadron Collider // Phys. Rev. D 47 (1993) 961-966 hep-ph/9208228.

57. А. Али, А. В. Борисов, Д. В. Журидов. Тяжелые майорановские нейтрино в рождении дилептонов на лептон-протонных коллайдерах // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. №1 (2004) 15-18.

58. А. Али, А. В. Борисов, Д. В. Журидов. Майорановские нейтрино в лептон-протонных процессах // Тезисы доклада научной конференции «Ломоносовские чтения — 2003», секция физики, МГУ, Москва, 2003, с. 32 34.

59. Д. В. Журидов. Перспективы поиска тяжелых майорановских нейтрино на коллайдерах высоких энергий // Тезисы доклада конференции «Ломоносов-2003», секция «Физика», МГУ, Москва. 2003, 179 — 181.

60. А. Али, А. В. Борисов, Д. В. Журидов. Рождение дилептонов в глубо-конеупругом лептон-адронном рассеянии: эффект интерференции тяжелых майорановских нейтрино // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. №2 (2005) 3-6.

61. А. Али, А. В. Борисов, Д. В. Журидов. Тяжелые майорановские нейтрино в рождении дилептонов в глубоконеупругом лептон-протоином рассеянии // ЯФ 68 №12 (2005) 2123-2129.

62. S. Dawson. The Effective W Approximation // Nucl. Phys. В 249 (1985) 42-60.

63. G. L. Kane, W. W. Repko, W. B. Rolnick. The Effective W±i Z° Approximation for High-Energy Collisions // Phys. Lett. В 148 (1984) 367-372.

64. I. Kuss and H. Spiesberger. Luminosities for Vector Boson — Vector Boson Scattering at High-Energy Colliders // Phys. Rev. D 53 (1996) 6078-6093 hep-ph/9507204.,

65. J. Pumplin, D. R. Stump, J. Huston, H. L. Lai, P. Nadolsky, and W. K. Tung. New Generation of Parton Distributions with Uncertainties from Global QCD Analysis // JHEP 0207 (2002) 012 hep-ph/0201195.

66. E. Nardi, E. Roulet, and D. Tommasini. New Neutral Gauge Bosons and New Heavy Fermions in the Light of the New LEP Data // Phys. Lett. В 344 (1995) 225-232 hep-ph/9409310j.

67. Ch. Greub,P. Minkowski. Heavy Majorana Neutrinos in e-e-collisions // Int. J. Mod. Phys. A 13 (1998) 2363-2381 hep-ph/9612340.

68. M. Blaskiewicz et al. VLHC Accelerator Physics // FERMILAB-TM-2158, BNL-C-AD-AP-49 (2001) 116pp.

69. F. M. L. de Almeida Jr., Y. A. Coutinho, J. A. Martins Simdes, and M. A. B. do Vale. Heavy Majorana Neutrinos at a Very Large Electron-Proton Collider 11 E-print Arxive: hep-ph/0201032 (2002) 3pp.

70. M. Пескин, Д. Шредер. Введение в квантовую теорию поля // НИЦ РХД, Ижевск, 2001 (М. Е. Peskin and D. V. Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory. Addison-Wesley Publishing Company, New York, 1995).

71. Н. V. Klapdor-Kleingrothaus, Н. Pas Neutrinoless double beta decay and new physics in the neutrino sector // Plenary talk presented by H. Paes at C0SM099, Trieste/Italy hep-ph/0002109.

72. M. G. Inghram, J. H. Reynolds. On the Double Beta-Process // Phys. Rev. 76 (1949) 1265-1266.

73. S. R. Elliott, A. A. Hahn, M. К. Мое. Direct Evidence for Two Neutrino Double Beta Decay // Phys. Rev. Lett. 59 (1987) 2020-2023.

74. M. Goeppert-Mayer. Double Beta-Disintegration // Phys. Rev. 48 (1935) 512-516.

75. H. Ejiri et al. Limits on the Majorana Neutrino Mass and Right-Handed Weak Currents by Neutrinoless Double Beta Decay of Mo-100 // Phys. Rev. С 63 (2001) 065501.

76. DCBA Collab.: N. Ishihara et al. Search for Neutrinoless Double Beta Decay With DCBA // Nucl. Phys. Proc. Suppl. Ill (2002) 309-311.

77. J. Schechter and J. W. Valle. Neutrinoless Double-Beta Decay in SU(2)xU(l) Theories // Phys. Rev. D 25 (1982) 2951.

78. E. Takasugi. Can the Neutrinoless Double Beta Decay Take Place in the Case of Dirac Neutrinos? // Phys. Lett. В 149 (1984) 372.

79. J. F. Nieves. Dirac and Pseudodirac Neutrinos and Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Lett. В 147 (1984) 375.

80. M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. On the SUSY Accompanied Neutrino Exchange Mechanism of Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Lett. В 372 (1996) 181-186; Erratum-ibid. 381 (1996) 488 hep-ph/9512237.

81. H. Fas, M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus. Improved Bounds on SUSY Accompanied Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Lett. В 459 (1999) 450-454 hep-ph/9810382.

82. M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. New Constraints on R-Parity Broken Supersymmetry from Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Rev. Lett. 75 (1995) 17-20.

83. M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. New Supersymmetric Contributions to Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Lett. В 352 (1995) 1-7 hep-ph/9502315.

84. M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. Supersymmetry and Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Rev. D 531996) 1329-1348 hep-ph/9502385.

85. M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. Sneutrino Oscillations and Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Lett. В 4031997) 291-296.

86. M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. Probing

87. Physics Beyond the Standard Model with Neutrinoless Double Beta Decay // Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.) 52A (1997) 257-262.

88. M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. R-Parity-Conserving Supersyinmetry, Neutrino Mass, and Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Rev. D 57 (1998) 1947-1961.

89. H. V. Klapdor-Kleingrothaus and Utpal Sarkar. Neutrinoless Double Beta Decay with Scalar Bilinears // Phys. Lett. В 554 (2003) 45-50 hep-ph/0211274.

90. Particle Data Group Collab.: K. Hagiwara et al Particles and Fields. Review of Particle Physics // Phys. Rev. D 66 (2002) 010001.

91. J. D. Vergados. Neutrinoless Double Beta Decay in Theories Beyond the Standard Model // E-print arxive: hep-ph/0409319.

92. G. Prezeau. Light neutrino and heavy particle exchange in Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Lett. В 633 (2006) 93-97 hep-ph/0409235.

93. G. Prezeau, M. Ramsey-Musolf, and P. Vogel. Neutrinoless Double-Beta Decay and Effective Field Theory // Phys. Rev. D 68 (2003) 034016 hep-ph/0303205.

94. A. Faessler, S. Kovalenko, F. Simkovic . Pions in Nuclei and Manifestations of Supersymmetry in Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Rev. D 58 (1998) 115004 hep-ph/9803253.

95. M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. New Leptoquark Mechanism of Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Rev. D 54 (1996) 4207-4210 hep-ph/9603213.

96. H. Pas, М. Hirsch, Н. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. Towards a Superformula for Neutrinoless Double Beta Decay // Phys. Lett. В 453 (1999) 194-198.

97. H. Pas, M. Hirsch, H. V. Klapdor-Kleingrothaus and S. G. Kovalenko. A superformula for neutrinoless double beta decay II: The short range part 11 Phys. Lett. В 498 (2001) 35-39 hep-ph/0008182.

98. T. Tomoda. Double Beta Decay // Rep. Prog. Phys. 54 (1991) 53-126.

99. J. D. Vergados. Lepton Violating Double Beta Decay in Modern Gauge Theories // Phys. Rev. С 24 №. 2 (1981) 640-653.

100. M. Doi, T. Kotani, H. Nishiura, E. Takasugi Double Beta Decay // Prog. Theor. Phys. 69 (1983) 602.

101. M. Doi, T. Kotani, H. Nishiura, E. Takasugi The Energy Spectrum and the Angular Correlation in the Beta Beta Decay // Prog. Theor. Phys. TO (1983) 1353.

102. S. L. Adler et al. Renormalization Constants for Scalar, Pseudoscalar, and Tensor Currents // Phys. Rev. D 11 №. 11 (1975) 3309.

103. M. Doi, T. Kotani, H. Nishiura, K. Okuda, E. Takasugi Neutrino Mass, the Right-Handed Interaction and the Double Beta Decay. II General Pprorerties and Data Analysis // Prog. Theor. Phys. 66 (1981) 1765; Erratum-ibid.: 68 (1982) 348.

104. G. Pantis, F. Simkovic, J. D. Vergados, Amand Faessler. Neutrinoless Double Beta Decay within QRPA with Proton Neutron Pairing // Phys. Rev. С 53 (1996) 695-707.

105. А. Али, А. В. Борисов, Д. В. Журидов. Безнейтринный двойной бета-распад в теориях, обобщающих стандартную модель // Тезисы доклада научной конференции «Ломоносовские чтения — 2005», секция физики, МГУ, Москва, 2005, с. 69 71.

106. М. Е. Rose and R. К. Osborn. The Pseudoscalar Interaction and the Beta Spectrum of RaE // Phys. Rev. 93 (1954) 1315-25.

107. L. L. Foldy, S. A. Wouthuysen. On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particle and Its Nonrelativistic Limit // Phys. Rev. 78 (1950) 29-36.

108. JI. Д. Ландау, E. M. Лифшиц. Квантовая электродинамика. M.: Наука (1989).