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The Mysteries of Leptons : New Physics and unexplained Phenomena

Merle, Alexander

German Title: Die Geheimnisse der Leptonen : Neue Physik und ungeklärte Phänomene

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Abstract

This doctoral thesis deals with the mysteries of the leptonic sector of the Standard Model of Elementary Particle Physics. After giving a short overview about the Standard Model itself, the text starts with introducing the so-called “GSI anomaly”, the observation of a periodic modulation of the exponential decay law, which is still unexplained and has erroneously been attributed to neutrino oscillations. It is argued why this interpretation is incorrect and several further aspects of the phenomenon are discussed. Afterwards two topics of New Physics beyond the Standard Model are treated, double beta processes and lepton flavour violation. Some important phenomenological aspects of the former are discussed before performing a detailed calculation of the radiative process of neutrino-less double electron capture. In spite of the tiny rates, a detailed understanding of this process is important for setting proper experimental limits. The last part of the thesis starts with very general (and nearly model-independent) constraints for lepton flavour conservation, before discussing the interplay of structure and freedom in the Yukawa sector when a model is confronted with phenomenology. We also comment on a new mechanism that can indeed introduce some realistic structures leading to lepton flavour violating effects.

Translation of abstract (German)

Diese Doktorarbeit beschäftigt sich mit den Mysterien des leptonischen Sektors des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Nach einem kurzen Überblick über das Standardmodell beginnt der Text mit einer Einführung der so genannten “GSI-Anomalie”, der Beobachtung einer periodischen Modullierung des exponentiellen Zerfallsgesetzes, welche noch immer unerklärt ist und fälschlicherweise Neutrinooszillationen zugeschrieben wurde. Es wird argumentiert weshalb diese Interpretation falsch ist und einige weitere Apekte des Phänomens werden diskutiert. Danach werden zwei Themen der Neuen Physik jenseits des Standardmodells behandelt, Doppel-beta-Prozesse und Leptonfamilienzahlverletzung. Einige wichtige phänomenologische Aspekte des ersteren Punktes werden diskutiert, bevor eine detaillierte Berechnung des radiativen Prozesses des neutrinolosen Doppel-Elektroneneinfangs durchgeführt wird. Trotz der winzigen Raten ist ein detailliertes Verständnis dieses Prozesses wichtig, um korrekte experimentelle Untergrenzen festzulegen. Der letzte Teil der Arbeit beginnt mit sehr allgemeinen (und fast modellunabhängigen) Bedingungen für die Erhaltung der Leptonfamilienzahl. Daraufhin wird das Zusammenspiel von Struktur und Freiheit im Yukawa-Sektor eines Modells in Konfrontation mit der Phänomenologie untersucht. Schließlich kommentieren wir noch einen neuen Mechanismus, der in der Tat realistische Strukturen erzeugen kann, welche zu leptonfamilienzahlverletzenden Effekten führen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Lindner, Prof. Dr. Manfred
Date of thesis defense: 9. December 2009
Date Deposited: 17. Dec 2009 10:08
Date: 2009
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Lepton, Neutrino, Elementarteilchenphysik, Flavour <Elementarteilchen>, Darmstadt / Gesellschaft für Schwerionenforschung, Elektroneneinfan
Uncontrolled Keywords: Lepton , Neutrino , Elementary Particle Physics , Flavour , GSI , Electron Capture
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