暗维度和马约拉纳中微子
The Dark Dimension and Majorana Neutrinos
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中文总结 AI 辅助
本文基于Swampland暗维度假设，推导体马约拉纳中微子的地面约束，结合大亚湾、KATRIN和KamLAND-Zen数据，发现贝塔衰变约束最强，并揭示KK塔屏蔽效应及互补探测范围。
中文摘要 AI 辅助
Swampland 项目的最新进展促使人们推测存在一个尺寸为 $0.1-10~\mu$m 的介观暗维度，其中包含质量在 $1-10$ keV 范围内的体马约拉纳费米子。受此启发，我们推导了体马约拉纳中微子作为紧致化半径函数的地面约束。在确定了质量谱和混合结构后，我们将该模型与大亚湾中微子振荡数据、KATRIN 贝塔衰变界限以及 KamLAND-Zen 无中微子双贝塔衰变极限进行了对比。对于后者，我们获得了有效马约拉纳质量的闭式表达式，并表明当核动量超过紧致化和马约拉纳尺度时，卡鲁扎-克莱因塔能有效屏蔽无中微子双贝塔衰变。在暗维度窗口内，贝塔衰变提供了最强的约束，将允许的汤川耦合压低至 $\mathcal{O}(10^{-3})$。振荡搜索和无中微子双贝塔衰变搜索保持互补性，分别探测较小和较大的马约拉纳质量。为完整起见，在暗维度假设之外，我们研究了分层马约拉纳质量如何削弱这些约束。
英文摘要
Recent developments in the Swampland program motivate the existence of a mesoscopic Dark Dimension of size $0.1-10~μ$m with bulk Majorana fermions in the $1-10$ keV range. Motivated by this, we derive terrestrial constraints on Majorana bulk neutrinos as a function of the compactification radius. After determining the mass spectrum and mixing structure, we confront the model with Daya Bay neutrino-oscillation data, the KATRIN beta-decay bound, and the KamLAND-Zen neutrinoless double beta decay limit. For the latter, we obtain a closed-form expression for the effective Majorana mass and show that the Kaluza-Klein tower efficiently screens neutrinoless double beta decay when the nuclear momentum exceeds the compactification and Majorana scales. In the Dark-Dimension window, beta decay provides the strongest constraint, pushing the allowed Yukawa couplings down to $\mathcal{O}(10^{-3})$. Oscillation and neutrinoless double beta decay searches remain complementary, probing smaller and larger Majorana masses, respectively. For completeness, outside the Dark-Dimension assumptions, we investigate how hierarchical Majorana masses can weaken the constraints.
发表机构
- Institute for Particle Physics Phenomenology, Department of Physics, Durham University（达勒姆大学粒子物理现象学研究所物理系）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
