Возможный метод поиска майорановских нейтрино на будущих лептонных коллайдерах

Исследуется процесс $\ell^+\ell^- \to N W^{\pm} \ell^{\mp}$, где $N$ – тяжелое майорановское нейтрино, а $\ell = e, \mu$. Для данного процесса ожидается большое сечение при высоких энергиях пучков в системе центра масс, достижимых на будущих лептон-лептонных коллайдерах. Монте-Карло моделирование исследуемого процесса было выполнено в рамках модели seesaw type-I, в которой лептонный сектор стандартной модели расширяется майорановскими нейтрино (или тяжелыми нейтральными лептонами, HNL). Возможность поиска прямого рождения HNL недавно была изучена для канала $\ell^+\ell^- \to N \nu_{\ell}$ с последующим распадом $N \to W^{\pm} \ell^{\mp}$. В данной работе мы исследуем альтернативный процесс $\ell^+\ell^- \to N W^{\pm} \ell^{\mp} \to W^{\pm}W^{\pm}\,\ell^{\mp}\,\ell^{\mp}$ с нарушением лептонного числа на две единицы. Аналогичные процессы возможны при столкновении частиц одного знака заряда, $e^-e^- \to N W^-\,e^- \to W^-\,W^-\,e^+\,e^-$ или $\mu^+\mu^+ \to N W^+\,\mu^+ \to W^+\,W^+\,\mu^+\,\mu^-$. Рассматриваемые сечения усиливаются за счет обмена мягкими фотонами в $t$-канале. В работе вычислены сечения процессов для сигнала и изучены потенциальные фоны стандартной модели, возникающие в результате столкновений $e^+e^-$ пучков при энергии в системе центра масс $1$ ТэВ и $\mu^+\mu^-$ пучков при энергиях $3$ и $10$ ТэВ. Вследствие диаграмм с мягкими $t$-канальными фотонами первичные лептоны вылетают в направлении, близком к начальному пучку частиц соответствующего знака. Эти лептоны будут потеряны в вакуумной трубе коллайдера или плохо измерены передними детекторами. Тем не менее сигнальные события могут быть отделены от фоновых благодаря оставшимся детектируемым частицам $WW\ell$. Установлены ожидаемые ограничения сверху для параметров смешивания $|V_{\ell N}|^2$ в зависимости от массы HNL.