Unfinished fabric of the three neutrino paradigm

被引：179

作者：

Capozzi, Francesco ^{[1
]}

Di Valentino, Eleonora ^{[2
]}

Lisi, Eligio ^{[3
]}

Marrone, Antonio ^{[3
,4
]}

Melchiorri, Alessandro ^{[5
,6
]}

Palazzo, Antonio ^{[3
,4
]}

机构：

[1] Virginia Tech, Ctr Neutrino Phys, Dept Phys, Blacksburg, VA 24061 USA

[2] Univ Durham, Dept Phys, Inst Particle Phys Phenomenol, Durham DH1 3LE, England

[3] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Bari, Via Orahona 4, I-70126 Bari, Italy

[4] Dipartimento Interateneo Fis Michelangelo Merlin, Via Amendola 173, I-70126 Bari, Italy

[5] Univ Roma La Sapienza, Dipartimento Fis, Ple Aldo Moro 2, I-00185 Rome, Italy

[6] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Roma 1, Ple Aldo Moro 2, I-00185 Rome, Italy

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2021年 / 104卷 / 08期

关键词：

OSCILLATION; MASSES;

D O I：

10.1103/PhysRevD.104.083031

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

In the current 3. paradigm, neutrino flavor oscillations probe three mixing angles (theta(12),theta(23),theta(13)), one CP-violating phase d, and two independent differences between the squared masses m(i)(2), that can be chosen as delta m(2) = m(2)(2) - m(1)(2) > 0 and Delta m(2) = m(3)(2) - (m(1)(2) (m(2)(2))=2, where sign (Delta m(2)) = +(-) for normal (inverted) mass ordering. Absolute. masses can be probed by the effective mass m(beta) in beta decay, by the total mass S in cosmology and-if neutrinos are Majorana-by another effective mass m(beta beta) in neutrinoless double beta decay. Within an updated global analysis of oscillation and nonoscillation data, we constrain these 3. parameters, both separately and in selected pairs, and highlight the concordance or discordance among different constraints. Five oscillation parameters vertical bar delta m(2)broken vertical bar, vertical bar Delta m(2)vertical bar; theta(12); theta(23); theta(13)) are consistently measured, with an overall accuracy ranging from similar to 1% for j.m2 j to similar to 6% for sin2. 23 (due to its persisting octant ambiguity). We find overall hints for normal ordering (at similar to 2.5 sigma), as well as for theta(23) < pi/4 and for sin delta < 0 (both at 90% C.L.), and discuss some tensions among different datasets. Concerning nonoscillation data, we include the recent KATRIN constraints on m(beta), and we combine the latest Ge-76, Te-130 and Xe-136 bounds on m(beta beta), accounting for nuclear matrix element covariances. We also discuss some variants related to cosmic microwave background (CMB) anisotropy and lensing data, which may affect cosmological constraints on S and hints on sign(Delta m(2)). The default option, including all Planck results, irrespective of the so-called lensing anomaly, sets upper bounds on S at the level of similar to 10-1 eV, and further favors normal ordering up to similar to 3 sigma. An alternative option, that includes recent ACT results plus other independent results (from WMAP and selected Planck data) globally consistent with standard lensing, is insensitive to the ordering but prefers Sigma similar to few x 10(-1) eV, with different implications for m(beta) and m(beta beta) searches. In general, the unfinished fabric of the 3. paradigm appears to be at the junction of diverse searches in particle and nuclear physics, astrophysics and cosmology, whose convergence will be crucial to achieve a convincing completion.

引用

页数：21

共 98 条

[1]

Adams D. Q, ARXIV210406906

[2] Measurement of the Electron Antineutrino Oscillation with 1958 Days of Operation at Daya Bay [J].

Adey, D. ;

An, F. P. ;

Balantekin, A. B. ;

Band, H. R. ;

Bishai, M. ;

Blyth, S. ;

Cao, D. ;

Cao, G. F. ;

Cao, J. ;

Chan, Y. L. ;

Chang, J. F. ;

Chang, Y. ;

Chen, H. S. ;

Chen, S. M. ;

Chen, Y. ;

Chen, Y. X. ;

Cheng, J. ;

Cheng, Z. K. ;

Cherwinka, J. J. ;

Chu, M. C. ;

Chukanov, A. ;

Cummings, J. P. ;

Deng, F. S. ;

Ding, Y. Y. ;

Diwan, M., V ;

Dolgareva, M. ;

Dwyer, D. A. ;

Edwards, W. R. ;

Gonchar, M. ;

Gong, G. H. ;

Gong, H. ;

Gu, W. Q. ;

Guo, L. ;

Guo, X. H. ;

Guo, Y. H. ;

Guo, Z. ;

Hackenburg, R. W. ;

Hans, S. ;

He, M. ;

Heeger, K. M. ;

Heng, Y. K. ;

Higuera, A. ;

Hsiung, Y. B. ;

Hu, B. Z. ;

Hu, J. R. ;

Hu, T. ;

Hu, Z. J. ;

Huang, H. X. ;

Huang, X. T. ;

Huang, Y. B. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (24)

[3] Planck 2018 results: VI. Cosmological parameters [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Battye, R. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Chluba, J. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Contreras, D. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Dusini, S. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 641

[4] Planck 2018 results: V. CMB power spectra and likelihoods [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Casaponsa, B. ;

Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Rosa, A. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

Ducout, A. ;

Dupac, X. ;

Dusini, S. ;

Efstathiou, G. ;

Elsner, F. ;

Ensslin, T. A. ;

Eriksen, H. K. ;

Fantaye, Y. ;

Fernandez-Cobos, R. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 641

[5] Final Results of GERDA on the Search for Neutrinoless Double-β Decay [J].

Agostini, M. ;

Araujo, G. R. ;

Bakalyarov, A. M. ;

Balata, M. ;

Barabanov, I. ;

Baudis, L. ;

Bauer, C. ;

Bellotti, E. ;

Belogurov, S. ;

Bettini, A. ;

Bezrukov, L. ;

Biancacci, V. ;

Borowicz, D. ;

Bossio, E. ;

Bothe, V. ;

Brudanin, V. ;

Brugnera, R. ;

Caldwell, A. ;

Cattadori, C. ;

Chernogorov, A. ;

Comellato, T. ;

D'Andrea, V. ;

Demidova, E. V. ;

Di Marco, N. ;

Doroshkevich, E. ;

Fischer, F. ;

Fomina, M. ;

Gangapshev, A. ;

Garfagnini, A. ;

Gooch, C. ;

Grabmayr, P. ;

Gurentsov, V. ;

Gusev, K. ;

Hakenmueller, J. ;

Hemmer, S. ;

Hiller, R. ;

Hofmann, W. ;

Huang, J. ;

Hult, M. ;

Inzhechik, L. V. ;

Csathy, J. Janicsko ;

Jochum, J. ;

Junker, M. ;

Kazalov, V. ;

Kermaidic, Y. ;

Khushbakht, H. ;

Kihm, T. ;

Kirpichnikov, I. V. ;

Klimenko, A. ;

Kneissl, R. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2020, 125 (25)

[6] The Atacama Cosmology Telescope: DR4 maps and cosmological parameters [J].

Aiola, Simone ;

Calabrese, Erminia ;

Maurin, Loic ;

Naess, Sigurd ;

Schmitt, Benjamin L. ;

Abitbol, Maximilian H. ;

Addison, Graeme E. ;

Ade, Peter A. R. ;

Alonso, David ;

Amiri, Mandana ;

Amodeo, Stefania ;

Angile, Elio ;

Austermann, Jason E. ;

Baildon, Taylor ;

Battaglia, Nick ;

Beall, James A. ;

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Becker, Daniel T. ;

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Campusano, Luis E. ;

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Ferraro, Simone ;

Fox, Anna E. ;

Fuzia, Brittany ;

Gallardo, Patricio A. ;

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Golec, Joseph E. ;

Grace, Emily ;

Gralla, Megan ;

Guan, Yilun .

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2020, (12)

[7] Improved Upper Limit on the Neutrino Mass from a Direct Kinematic Method by KATRIN [J].

Aker, M. ;

Altenmueller, K. ;

Arenz, M. ;

Babutzka, M. ;

Barrett, J. ;

Bauer, S. ;

Beck, M. ;

Beglarian, A. ;

Behrens, J. ;

Bergmann, T. ;

Besserer, U. ;

Blaum, K. ;

Block, F. ;

Bobien, S. ;

Bokeloh, K. ;

Bonn, J. ;

Bornschein, B. ;

Bornschein, L. ;

Bouquet, H. ;

Brunst, T. ;

Caldwell, T. S. ;

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Choi, W. ;

Corona, T. J. ;

Debowski, K. ;

Deffert, M. ;

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Doe, P. J. ;

Dragoun, O. ;

Drexlin, G. ;

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Dyba, S. ;

Edzards, F. ;

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Eversheim, D. ;

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Felden, A. ;

Fischer, S. ;

Flatt, B. ;

Formaggio, J. A. ;

Fraenkle, F. M. ;

Franklin, G. B. ;

Frankrone, H. ;

Friedel, F. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2019, 123 (22)

[8]

Aker M, ARXIV210508533

[9] The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: cosmological analysis of the DR12 galaxy sample [J].

Alam, Shadab ;

Ata, Metin ;

Bailey, Stephen ;

Beutler, Florian ;

Bizyaev, Dmitry ;

Blazek, Jonathan A. ;

Bolton, Adam S. ;

Brownstein, Joel R. ;

Burden, Angela ;

Chuang, Chia-Hsun ;

Comparat, Johan ;

Cuesta, Antonio J. ;

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Grieb, Jan Niklas ;

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Kirkby, David ;

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Oravetz, Daniel ;

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Pellejero-Ibanez, Marcos ;

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Prada, Francisco ;

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Sanchez, Ariel G. ;

Satpathy, Siddharth ;

Schlegel, David J. .

MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2017, 470 (03) :2617-2652

[10] NuSTEC White Paper: Status and challenges of neutrino-nucleus scattering [J].

Alvarez-Ruso, L. ;

Athar, M. Sajjad ;

Barbaro, M. B. ;

Cherdack, D. ;

Christy, M. E. ;

Coloma, P. ;

Donnelly, T. W. ;

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PROGRESS IN PARTICLE AND NUCLEAR PHYSICS, 2018, 100 :1-68

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共 98 条

[1]

Adams D. Q, ARXIV210406906

[2] Measurement of the Electron Antineutrino Oscillation with 1958 Days of Operation at Daya Bay [J].

Adey, D. ;

An, F. P. ;

Balantekin, A. B. ;

Band, H. R. ;

Bishai, M. ;

Blyth, S. ;

Cao, D. ;

Cao, G. F. ;

Cao, J. ;

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Chang, J. F. ;

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Chen, H. S. ;

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Guo, X. H. ;

Guo, Y. H. ;

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Hackenburg, R. W. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 121 (24)

[3] Planck 2018 results: VI. Cosmological parameters [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

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Bernard, J. -P. ;

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Bock, J. J. ;

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Bouchet, F. R. ;

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Bucher, M. ;

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Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

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Challinor, A. ;

Chiang, H. C. ;

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Colombo, L. P. L. ;

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Contreras, D. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

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Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

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[4] Planck 2018 results: V. CMB power spectra and likelihoods [J].

Aghanim, N. ;

Akrami, Y. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Benabed, K. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

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Cardoso, J. -F. ;

Carron, J. ;

Casaponsa, B. ;

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Chiang, H. C. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

de Bernardis, P. ;

de Rosa, A. ;

de Zotti, G. ;

Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

Di Valentino, E. ;

Diego, J. M. ;

Dore, O. ;

Douspis, M. ;

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Dupac, X. ;

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Ensslin, T. A. ;

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ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 641

[5] Final Results of GERDA on the Search for Neutrinoless Double-β Decay [J].

Agostini, M. ;

Araujo, G. R. ;

Bakalyarov, A. M. ;

Balata, M. ;

Barabanov, I. ;

Baudis, L. ;

Bauer, C. ;

Bellotti, E. ;

Belogurov, S. ;

Bettini, A. ;

Bezrukov, L. ;

Biancacci, V. ;

Borowicz, D. ;

Bossio, E. ;

Bothe, V. ;

Brudanin, V. ;

Brugnera, R. ;

Caldwell, A. ;

Cattadori, C. ;

Chernogorov, A. ;

Comellato, T. ;

D'Andrea, V. ;

Demidova, E. V. ;

Di Marco, N. ;

Doroshkevich, E. ;

Fischer, F. ;

Fomina, M. ;

Gangapshev, A. ;

Garfagnini, A. ;

Gooch, C. ;

Grabmayr, P. ;

Gurentsov, V. ;

Gusev, K. ;

Hakenmueller, J. ;

Hemmer, S. ;

Hiller, R. ;

Hofmann, W. ;

Huang, J. ;

Hult, M. ;

Inzhechik, L. V. ;

Csathy, J. Janicsko ;

Jochum, J. ;

Junker, M. ;

Kazalov, V. ;

Kermaidic, Y. ;

Khushbakht, H. ;

Kihm, T. ;

Kirpichnikov, I. V. ;

Klimenko, A. ;

Kneissl, R. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2020, 125 (25)

[6] The Atacama Cosmology Telescope: DR4 maps and cosmological parameters [J].

Aiola, Simone ;

Calabrese, Erminia ;

Maurin, Loic ;

Naess, Sigurd ;

Schmitt, Benjamin L. ;

Abitbol, Maximilian H. ;

Addison, Graeme E. ;

Ade, Peter A. R. ;

Alonso, David ;

Amiri, Mandana ;

Amodeo, Stefania ;

Angile, Elio ;

Austermann, Jason E. ;

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Bruno, Sarah Marie ;

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[7] Improved Upper Limit on the Neutrino Mass from a Direct Kinematic Method by KATRIN [J].

Aker, M. ;

Altenmueller, K. ;

Arenz, M. ;

Babutzka, M. ;

Barrett, J. ;

Bauer, S. ;

Beck, M. ;

Beglarian, A. ;

Behrens, J. ;

Bergmann, T. ;

Besserer, U. ;

Blaum, K. ;

Block, F. ;

Bobien, S. ;

Bokeloh, K. ;

Bonn, J. ;

Bornschein, B. ;

Bornschein, L. ;

Bouquet, H. ;

Brunst, T. ;

Caldwell, T. S. ;

La Cascio, L. ;

Chilingaryan, S. ;

Choi, W. ;

Corona, T. J. ;

Debowski, K. ;

Deffert, M. ;

Descher, M. ;

Doe, P. J. ;

Dragoun, O. ;

Drexlin, G. ;

Dunmore, J. A. ;

Dyba, S. ;

Edzards, F. ;

Eisenblatter, L. ;

Eitel, K. ;

Ellinger, E. ;

Engel, R. ;

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Erhard, M. ;

Eversheim, D. ;

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[8]

Aker M, ARXIV210508533

[9] The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: cosmological analysis of the DR12 galaxy sample [J].

Alam, Shadab ;

Ata, Metin ;

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Salazar-Albornoz, Salvador ;

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[10] NuSTEC White Paper: Status and challenges of neutrino-nucleus scattering [J].

Alvarez-Ruso, L. ;

Athar, M. Sajjad ;

Barbaro, M. B. ;

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Christy, M. E. ;

Coloma, P. ;

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Huber, P. ;

Jachowicz, N. ;

Katori, T. ;

Kronfeld, A. S. ;

Mahn, K. ;

Martini, M. ;

Morfin, J. G. ;

Nieves, J. ;

Perdue, G. N. ;

Petti, R. ;

Richards, D. G. ;

Sanchez, F. ;

Sato, T. ;

Sobczyk, J. T. ;

Zeller, G. P. .

PROGRESS IN PARTICLE AND NUCLEAR PHYSICS, 2018, 100 :1-68

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