Heavy neutrinos and rare decays

Abstract

In dieser Dissertation wird der seltene Zerfall K_L->e\mu imRahmen eines verallgemeinerten Standardmodells detailliertstudiert. In diesem Prozess bleibt die zu einer gegebenen Familie gehoerende Leptonenzahl nicht erhalten. Deswegenwerden unsere Untersuchungen im Rahmen der SU(2)_L x U(1)_Y-und SU(2)_R x SU(2)_L x U(1)_{B-L}-Modelle mit schwerenMajorana-Neutrinos ausgefuehrt. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit betreffen dieBerechnung des Verzweigungsverhaeltnisses fuer den ZerfallK_L->e\mu. Im SU(2)_L x U(1)_Y-Modell mit schwerenMajorana-Neutrinos wird eine deutliche Steigerung desVerzweigungsverhaeltnisses gefunden, jedoch liegen dieerhaltenen Ergebnisse um einige Groessenordnungen unter derjetzigen experimentellen Grenze. Benutzt man das gewaehlte,auf der SU(2)_R x SU(2)_L x U(1)_{B-L}$-Eichgruppebasierende Modell mit Links-Rechts-Symmetrie, dann erhoehtdie Anwesenheit der links- und rechtshaendigen Stroeme inden Schleifendiagrammen deutlich den Wert desVerzweigungsverhaeltnisses. Dadurch koennen sich Werte inder Naehe der aktuellen experimentellen Grenze vonB(K_L->e\mu) < 4.7 x 10^{-12} ergeben. Um unsere Ergebnisse zu untermauern, wird die Frage derEichinvarianz bei diesem Zerfallsprozess auf demEin-Schleifen-Niveau mit besonderer Aufmerksamkeitbehandelt. Ein sogenanntes ,,on-shell skeleton``Renormierungsschema wird benutzt, um die erste vollstaendigeAnalyse der Eichinvarianz fuer den Prozess K_L->e\muauszufuehren.

In this thesis the rare decay K_L->e\mu is studied in detailin some minimal extensions of the Standard Model. In thisprocess the lepton number corresponding to a given leptonicfamily is not conserved, so our study will be carried out inthe framework of SU(2)_L x U(1)_Y and SU(2)_R x SU(2)_L xU(1)_{B-L} models including heavy Majorana neutrinos. The main results of this work are concerning the evaluationof the branching ratio for the decay K_L->e\mu. We find aserious enhancement for the branching ratio in the SU(2)_L xU(1)_Y model with heavy Majorana neutrinos, but the resultobtained is still few orders of magnitude below the presentexperimental limit. However, working in the chosenleft-right symmetric model based on the SU(2)_R x SU(2)_L xU(1)_{B-L} gauge group, the presence of the left- andright-handed currents in the loop diagrams considerablyenhances the value for the branching ratio, being possibleto account for results near the present experimental limit,B(K_L->e\mu)< 4.7 x 10^{-12}. To substantiate our results, a particular attention is paidto the gauge independence of this decay process at one looplevel. An on-shell skeleton renormalization scheme isadopted in order to achieve the first complete analysis ofgauge invariance for K_L->e\mu.