Calculations of heavy Majorana neutrino decay widths, in an extension of the Standard Model using type i seesaw and dimension five effective operators

Abstract

En el modelo estandar de física de partículas, los neutrinos son descritos en terminos de fermiones no masivos con quiralidad de mano izquierda. Sin embargo, la observación de las oscilaciones de neutrinos implica que los neutrinos tienen masa. Esto incentiva la búsqueda de extensiones del modelo estándar que expliquen la masa de los neutrinos. Uno de estos modelos es el dimension-5 seesaw portal, en el cual se utiliza una combinación del mecanismo seesaw tipo 1 y operadores efectivos de dimensión cinco para modificar el lagrangiano del modelo estándar. El objetivo de este trabajo es derivar fórmulas para calcular la anchura de decaimiento de neutrinos pesados, en un modelo dimensión-5 seesaw portal que añade tres neutrinos masivos de Majorana con quiralidad de mano derecha, con masas en el rango GeV. Los resultados obtenidos fueron graficados para analizar la importancia de cada termino y se encontró que la contribución proveniente de los términos de decamientos a tres cuerpos con operadores de dimensión cinco es pequeña. Esto es debido a que su inclusión reduce la distancia que podría viajar el neutrino antes de desintegrarse en un pequeño porcentaje < 6%. Por lo que si bien son necesarios para un calculo completo, se pueden excluir estos términos si es que no se requiere alta precisión.

In the Standard Model(SM), neutrinos are described in terms of massless left handed fermions, however the observation of neutrino flavor oscillations indicates non vanishing neutrino masses. This is an incentive for new physics beyond the standard model. One approach to explain neutrino masses is known as dimension-5 seesaw portal, in which the SM Lagrangian is modified using a combination of type I Seesaw and dimension five effective operators. The objective of this work is to derive formulae to compute the three-body decay of heavy neutrinos in a dimension-5 seesaw portal that adds three right handed Majorana neutrinos with masses in the GeV range to the SM. After obtaining the various formulae we plotted the results to analyze the relevance of each term, and found that the removal of the contribution of all terms coming from the three-body decays with dimension five operators only reduce the decay length by a few percent < 6% of the total decay length. Although the inclusion of these terms is necessary for an accurate result, it is possible to exclude them form calculations if precision is not of the utmost importance.