Majorana Neutrinos: Kern- und Teilchenphysikalische Aspekte

Abstract

Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen. Im ersten Teil wird die Neutrinomassenmatrix phaenomenologisch und in einem speziellen Modell untersucht. Durch Betrachtung der Ergebnisse der Neutrinooszillations- und Doppelbetazerfallsexperimente konnten Obergrenzen fuer die Dreigenerationen Neutrinomassenmatrix gewonnen werden. Diese Obergrenzen wurden mit den Vorhersagen des Minimalen Supersymmetrischen Standardmodells mit R-Paritaetsverletzung verglichen und sehr restriktive Obergrenzen fuer die R-paritaetsverletzenden Kopplungskonstanten $lambda_{i33}, lambda'_{i33}$ gewonnen. Nach Einbeziehung einer zusaetzlichen $U(1)_X$ Flavor Symmetrie, die sehr erfolgreich die Hierachie der Quark- und geladenen Leptonenmassen beschreiben konnte, wurde die Zahl der freien Parameter des Modells erheblich reduziert. In diesem Modell ergab sich ein eindeutiges Szenario fuer die Neutrinomassen und R-paritaetsverletzenden Kopplungen unter Beruecksichtigung der Neutrinooszillationsexperimente. Abschliessend werden Vorhersagen fuer einige andere Observable im Rahmen dieses Modells gemacht. Im zweiten Teil wurde eine semiklassische Methode zur Beschreibung der Kernstruktur im Doppeltenbetazerfall untersucht. Dazu wurde ein loesbarer Vielteilchenhamiltonian in der Quasiteilchendarstellung mit einem zeitabhaenigen Variationsverfahren fuer vier Variationszustaende untersucht. Einer davon Beschreibt Bereiche pn-Paarkraftstaerke, die der herkoemmlichen pnQRPA nicht zugaenglich sind. Die klassischen Bewegungsgleichungen wurden quantisiert und verschiedene Bosonendarstellungen untersucht. Dabei wurden die Quasiteilchenkorrelationen, die Betazerfallsamplituden und die Ikedasummenregel untersucht.

This work is divided into two part. In the first part the neutrino mass matrix is discusses phenomenologically and in a specific model. Using the neutrino oscillations and neutrinoless double beta decay experimental data we reconstructed an upper limit for the three generation neutrino mass matrix. We compared this matrix with the predictions of the minimal supersymmetric(SUSY) model with R-parity violation and extracted stringent limits on trilinear R-parity violating coupling constants $lambda_{i33}, lambda'_{i33}$. Introducing an additional $U(1)_X$ flavor symmetry which had been successful in explaining the mass hierarchy of quarks and charged leptons we were able to relate various R-parity violating parameters. In this model we found a unique scenario for the neutrino masses and the R-parity violating couplings compatible with the neutrino oscillation data. Then we derived predictions for certain experimentally interesting observables. In the second part a semiclassical method was used to describe the nuclear structure part in double beta decay. For this a solvable many-body Hamiltonian, written in the quasiparticle representation, is treated semi-classically using a time dependent variational principle formalism with four different variational states. One is valid for a strength of the particle-particle two-body interaction lying in a range where the pnQRPA approximation is not valid. The classical equations of motion were quantized and several boson representations for bi-fermionic operators have been obtained. For the quantized ground and first excited states, the quasiparticle correlations, the beta-transition amplitude and the Ikeda sum rule have been calculated.