New Production Mechanism for Heavy Neutrinos at the LHC

전통적으로 낮은 에너지 영역에서 수행 되었던 중성미자 연구에 있어서 가벼운 중성미자 질량의 근원을 설명하는
\"시소 메카니즘\"을 연구하는 것이 어려웠고, 특히 중성미자가 \"마요라나\"형인지를 검증하는 것은 기술적으로 많은 어려움이
존재해왔다. 그러나 최근에 LHC 가속기에서 TeV 영역의 무거운 중성미자 발견 가능성으로 인하여, 마요라나 형의 중성미자
생성과 붕괴 메카니즘에 대한 연구와 ATLAS 와 CMS 실험그룹들을 중심으로 탐사가 활발히 이루어져왔다.
지금까지 LHC에서 무거운 중성미자의 생성은 s-channel에서 W-exchange를 통해서 이루어진다고 알려졌지만,
본 연구는 t-channel에서 W와 photon의 fusion을 통해서 생성되는 중성미자가 s-channel보다 생성률이 크며,
다가오는 14 TeV 충돌에서는 주요한 생성메카니즘임을 보여준다. t-channel을 통한 새로운 생성메카니즘은
LHC에서 다른 heavy scalar 입자 탐사에서도 큰 영향을 있으리라 기대한다.
이 연구결과를 바탕으로 CMS 실험그룹에서 양운기 교수연구팀은 8 TeV 충돌데이터를 이용하여 마요라나 형의 중성미자
탐사를 주도하고 있으며 다가올 14 TeV에서 탐사를 준비하고 있다.

We study a new production mechanism for heavy neutrinos at the LHC, which dominates over the usually considered s-channel W-exchange diagram for heavy-neutrino masses larger than 100–200 GeV. The new mechanism is infrared enhanced by t-channel Wγ-fusion processes. This has important implications for experimental tests of the seesaw mechanism of neutrino masses and, in particular, for the ongoing heavy neutrino searches at the LHC. We find that the direct collider limits on the light-to-heavy neutrino mixing can be significantly improved when this new production channel is properly taken into account. The scope of this new mechanism can be equally well extended to other exotic searches at the LHC.