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PDF, English - main document Download (4MB) | Lizenz: Probing Astrophysical Neutrinos and Lepton Number Violation in Rare Events by Volmer, Nele underlies the terms of Creative Commons Attribution 4.0

Abstract

In the past decades, many experiments have been built to detect neutrinos and learn about their properties. An example is IceCube, which, with its extraordinary volume, measured a first Glashow resonance (GR) candidate event. In the first part of this thesis, we utilize the GR to infer astrophysical neutrino sources since it is an excellent probe to distinguish between neutrinos and antineutrinos. Assuming that the production is dominated by the ∆-resonance, we can exclude the µ-damped pγ source at about 2σ confidence level. Moreover, we perform a projection for IceCube-Gen2. While the GR is a process that can happen within the Standard Model, it can be sensitive to new physics as well. One such new physics model is discussed in the context of neutrinoless double beta decay (0νββ). We propose a complex scalar that carries two units of lepton number and argue that its capture can induce a signal that is indistinguishable from standard 0νββ. For this, we do not require a Majorana neutrino mass or lepton number violation in the zero-density vacuum Lagrangian and thus we can circumvent the famous Schechter-Valle theorem. We also discuss the influence that such a scalar would have on measurements of the GR.

Translation of abstract (German)

In den letzten Jahrzehnten wurden viele Experimente gebaut, um mehr über Neutrinos und ihre Eigenschaften zu lernen. Ein Beispiel ist IceCube, das zum ersten Mal ein Event mit einer Energie detektiert hat, die der Glashow-Resonanz (GR) entspricht. Die GR ist sehr gut geeignet, um Neutrinos von Antineutrinos zu unterscheiden. Im ersten Teil dieser Arbeit nutzen wir die GR deshalb, um astrophysikalische Neutrinoquellen zu untersuchen. Wenn der Produktionsmechanismus über die ∆-Resonanz dominiert, können wir die µ-gedämpfte pγ-Quelle mit ungefähr 2σ ausschließen. Außerdem führen wir eine Projektion für IceCube-Gen2 durch. Die GR ist im Standardmodell erlaubt, kann aber auch durch neue Physik beeinflusst werden. Ein mögliches Modell neuer Physik wird zunächst im Zusammenhang mit neutrinolosem doppeltem Betazerfall (0νββ) diskutiert. Wir führen einen komplexen Skalar ein, dessen Leptonzahl den Betrag zwei hat. Der Einfang eines solchen Skalars kann ein Signal ergeben, welches von normalem 0νββ nicht unterschieden werden kann. Wir brauchen hierfür keine Majorana-Neutrinomasse und auch keine Leptonzahlverletzung im Lagrangian im Vakuum. Somit können wir das bekannte Schechter-Valle-Theorem umgehen. Wir diskutieren außerdem den Einfluss des Skalars auf die GR.