CP violation and circular polarisation in neutrino radiative decay

被引:17
作者
Balaji, Shyam [1 ]
Ramirez-Quezada, Maura [2 ]
Zhou, Ye-Ling [3 ]
机构
[1] Univ Sydney, Sch Phys, Sydney, NSW 2006, Australia
[2] Univ Durham, Dept Phys, Inst Particle Phys Phenomenol, Durham DH1 3LE, England
[3] Univ Southampton, Sch Phys & Astron, Southampton SO17 1BJ, Hants, England
基金
澳大利亚研究理事会; 英国科学技术设施理事会;
关键词
CP violation; Neutrino Physics; Cosmology of Theories beyond the SM; MAJORANA NEUTRINOS; ELECTROMAGNETIC PROPERTIES; DARK-MATTER; BARYOGENESIS; MASS;
D O I
10.1007/JHEP04(2020)178
中图分类号
O412 [相对论、场论]; O572.2 [粒子物理学];
学科分类号
摘要
The radiative decay of neutral fermions has been studied for decades but CP violation induced within such a paradigm has evaded attention. CP violation in these processes can produce an asymmetry between circularly polarised directions of the radiated photons and produces an important source of net circular polarisation in particle and astroparticle physics observables. The results presented in this work outlines the general connection between CP violation and circular polarisation for both Dirac and Majorana fermions and can be used for any class of models that produce such radiative decays. The total CP violation is calculated based on a widely studied Yukawa interaction considered in both active and sterile neutrino radiative decay scenarios as well as searches for dark matter via direct detection and collider signatures. Finally, the phenomenological implications of the formalism on keV sterile neutrino decay, leptogenesis-induced right-handed neutrino radiative decay and IceCube-driven heavy dark matter decay are discussed.
引用
收藏
页数:28
相关论文
共 71 条
[1]   Search for neutrinos from decaying dark matter with IceCube: IceCube Collaboration [J].
Aartsen, M. G. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Al Samarai, I. ;
Altmann, D. ;
Andeen, K. ;
Anderson, T. ;
Ansseau, I. ;
Anton, G. ;
Arguelles, C. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Backes, P. ;
Bagherpour, H. ;
Bai, X. ;
Barron, J. P. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
BenZvi, S. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Bos, F. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Bourbeau, E. ;
Bourbeau, J. ;
Bradascio, F. ;
Braun, J. ;
Brenzke, M. ;
Bretz, H. -P. ;
Bron, S. ;
Brostean-Kaiser, J. ;
Burgman, A. ;
Busse, R. S. ;
Carver, T. ;
Cheung, E. .
EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2018, 78 (10)
[2]   SEARCH FOR SOURCES OF HIGH-ENERGY NEUTRONS WITH FOUR YEARS OF DATA FROM THE ICETOP DETECTOR [J].
Aartsen, M. G. ;
Abraham, K. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Altmann, D. ;
Andeen, K. ;
Anderson, T. ;
Ansseau, I. ;
Anton, G. ;
Archinger, M. ;
Arguelles, C. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Bai, X. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
BenZvi, S. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Bos, F. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Burgman, A. ;
Carver, T. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Clark, K. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2016, 830 (02)
[3]   Evidence for Astrophysical Muon Neutrinos from the Northern Sky with IceCube [J].
Aartsen, M. G. ;
Abraham, K. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Altmann, D. ;
Anderson, T. ;
Archinger, M. ;
Arguelles, C. ;
Arlen, T. C. ;
Auffenberg, J. ;
Bai, X. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
Beiser, E. ;
BenZvi, S. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blumenthal, J. ;
Boersma, D. J. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Bos, F. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Brown, A. M. ;
Buzinsky, N. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Christy, B. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 115 (08)
[4]   First Observation of PeV-Energy Neutrinos with IceCube [J].
Aartsen, M. G. ;
Abbasi, R. ;
Abdou, Y. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Altmann, D. ;
Auffenberg, J. ;
Bai, X. ;
Baker, M. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Bechet, S. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
Bell, M. ;
Benabderrahmane, M. L. ;
BenZvi, S. ;
Berdermann, J. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Bertrand, D. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blumenthal, J. ;
Boersma, D. J. ;
Bohaichuk, S. ;
Bohm, C. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Brown, A. M. ;
Bruijn, R. ;
Brunner, J. ;
Carson, M. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Christy, B. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (02)
[5]   Resonantly Produced 7 keV Sterile Neutrino Dark Matter Models and the Properties of Milky Way Satellites [J].
Abazajian, Kevork N. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (16)
[6]   Search for CP Violation in Neutrino and Antineutrino Oscillations by the T2K Experiment with 2.2 x 1021 Protons on Target [J].
Abe, K. ;
Akutsu, R. ;
Amey, J. ;
Andreopoulos, C. ;
Anthony, L. ;
Antonova, M. ;
Aoki, S. ;
Ariga, A. ;
Ashida, Y. ;
Azuma, Y. ;
Ban, S. ;
Barbi, M. ;
Barker, G. J. ;
Barr, G. ;
Barry, C. ;
Batkiewicz, M. ;
Bench, F. ;
Ali, A. ;
Berardi, V ;
Berkman, S. ;
Berner, R. M. ;
Berns, L. ;
Bhadra, S. ;
Bienstock, S. ;
Blondel, A. ;
Bolognesi, S. ;
Bourguille, B. ;
Boyd, S. B. ;
Brailsford, D. ;
Bravar, A. ;
Bronner, C. ;
Avanzini, M. Buizza ;
Calcutt, J. ;
Campbell, T. ;
Cao, S. ;
Cartwright, S. L. ;
Catanesi, M. G. ;
Cervera, A. ;
Chappell, A. ;
Checchia, C. ;
Cherdack, D. ;
Chilcuma, N. ;
Christodoulou, G. ;
Coleman, J. ;
Collazuol, G. ;
Coplowe, D. ;
Cudd, A. ;
Dabrowska, A. ;
De Rosa, G. ;
Dealtry, T. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (17)
[7]   Physics potentials with the second Hyper-Kamiokande detector in Korea [J].
Abe, K. ;
Abe, Ke. ;
Ahn, S. H. ;
Aihara, H. ;
Aimi, A. ;
Akutsu, R. ;
Andreopoulos, C. ;
Anghel, I. ;
Anthony, L. H. V. ;
Antonova, M. ;
Ashida, Y. ;
Aushev, V. ;
Barbi, M. ;
Barker, G. J. ;
Barr, G. ;
Beltrame, P. ;
Berardi, V. ;
Bergevin, M. ;
Berkman, S. ;
Berns, L. ;
Berry, T. ;
Bhadra, S. ;
Blaszczyk, F. D. M. ;
Blondel, A. ;
Bolognesi, S. ;
Boyd, S. B. ;
Bravar, A. ;
Bronner, C. ;
Avanzini, M. Buizza ;
Cafagna, F. S. ;
Calland, R. ;
Cao, S. ;
Cartwright, S. L. ;
Catanesi, M. G. ;
Checchia, C. ;
Chen-Wishart, Z. ;
Cheon, B. G. ;
Cheoun, M. K. ;
Cho, K. ;
Choi, J. H. ;
Choi, K. ;
Choi, K. Y. ;
Chun, E. J. ;
Cole, A. ;
Coleman, J. ;
Collazuol, G. ;
Cowan, G. ;
Cremonesi, L. ;
Dealtry, T. ;
De Rosa, G. .
PROGRESS OF THEORETICAL AND EXPERIMENTAL PHYSICS, 2018, 2018 (06)
[8]   Combined Analysis of Neutrino and Antineutrino Oscillations at T2K [J].
Abe, K. ;
Amey, J. ;
Andreopoulos, C. ;
Antonova, M. ;
Aoki, S. ;
Ariga, A. ;
Autiero, D. ;
Ban, S. ;
Barbi, M. ;
Barker, G. J. ;
Barr, G. ;
Barry, C. ;
Bartet-Friburg, P. ;
Batkiewicz, M. ;
Berardi, V. ;
Berkman, S. ;
Bhadra, S. ;
Bienstock, S. ;
Blondel, A. ;
Bolognesi, S. ;
Bordoni, S. ;
Boyd, S. B. ;
Brailsford, D. ;
Bravar, A. ;
Bronner, C. ;
Avanzini, M. Buizza ;
Calland, R. G. ;
Campbell, T. ;
Cao, S. ;
Cartwright, S. L. ;
Catanesi, M. G. ;
Cervera, A. ;
Checchia, C. ;
Cherdack, D. ;
Chikuma, N. ;
Christodoulou, G. ;
Clifton, A. ;
Coleman, J. ;
Collazuol, G. ;
Coplowe, D. ;
Cudd, A. ;
Dabrowska, A. ;
De Rosa, G. ;
Dealtry, T. ;
Denner, P. F. ;
Dennis, S. R. ;
Densham, C. ;
Dewhurst, D. ;
Di Lodovico, F. ;
Di Luise, S. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (15)
[9]   A White Paper on keV sterile neutrino Dark Matter [J].
Adhikari, R. ;
Agostini, M. ;
Ky, N. Anh ;
Araki, T. ;
Archidiacono, M. ;
Bahr, M. ;
Baur, J. ;
Behrens, J. ;
Bezrukov, F. ;
Dev, P. S. Bhupal ;
Borah, D. ;
Boyarsky, A. ;
de Gouvea, A. ;
Pires, C. A. de S. ;
de Vega, H. J. ;
Dias, A. G. ;
Di Bari, P. ;
Djurcic, Z. ;
Dolde, K. ;
Dorrer, H. ;
Durero, M. ;
Dragoun, O. ;
Drewes, M. ;
Drexlin, G. ;
Duellmann, Ch. E. ;
Eberhardt, K. ;
Eliseev, S. ;
Enss, C. ;
Evans, N. W. ;
Faessler, A. ;
Filianin, P. ;
Fischer, V. ;
Fleischmann, A. ;
Formaggio, J. A. ;
Franse, J. ;
Fraenkle, F. M. ;
Frenk, C. S. ;
Fuller, G. ;
Gastaldo, L. ;
Garzilli, A. ;
Giunti, C. ;
Glueck, F. ;
Goodman, M. C. ;
Gonzalez-Garcia, M. C. ;
Gorbunov, D. ;
Hamann, J. ;
Hannen, V. ;
Hannestad, S. ;
Hansen, S. H. ;
Hassel, C. .
JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2017, (01)
[10]   Baryogenesis via neutrino oscillations [J].
Akhmedov, EK ;
Rubakov, VA ;
Smirnov, AY .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 1998, 81 (07) :1359-1362