Heavy nearly-sterile neutrinos are a common ingredient in extensions of the Standard Model which aim to explain neutrino masses, like for instance in Type I seesaw models, or one of its variants. If the scale of the new Heavy Neutral Leptons (HNLs) is sufficiently low, observable signatures can arise in a range of current and upcoming experiments, from the LHC to neutrino experiments. In this article, we discuss the phenomenology of sterile neutrinos in the MeV to GeV mass range, focusing on their decays. We embed our discussion in a realistic mass model and consider the resulting implications. We focus in particular on the impact on the signal of the strong polarisation effects in the beam for Majorana and (pseudo-)Dirac states, providing formulae to incorporate these in both production and decay. We study how the Near Detector of the upcoming Deep Underground Neutrino Experiment can constrain HNL states by searching for their de- cay products inside the detector. We conduct a Monte Carlo background analysis for the most promising signatures, incorporating the detector’s particle identification capabilities, and estimate the experimental sensitivity of DUNE to these particles. We also present an estimate of the ν τ -derived HNL flux at DUNE, currently missing in the literature, which allows us to discuss searches for HNLs at higher masses.

中文翻译：

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来自 DUNE Near Detector 的低尺度跷跷板的重中性轻子

重的近乎无菌的中微子是标准模型扩展中的常见成分，该模型旨在解释中微子的质量，例如 I 型跷跷板模型或其变体之一。如果新的重中性轻子 (HNL) 的规模足够低，那么在当前和即将进行的一系列实验中，从 LHC 到中微子实验，都会出现可观察到的特征。在本文中，我们讨论了 MeV 到 GeV 质量范围内的惰性中微子的现象学，重点是它们的衰变。我们将我们的讨论嵌入到一个现实的质量模型中，并考虑由此产生的影响。我们特别关注马约拉纳态和（伪）狄拉克态光束中强极化效应对信号的影响，提供了将这些纳入产生和衰变的公式。我们研究即将到来的深层地下中微子实验的近探测器如何通过在探测器内搜索它们的衰变产物来约束 HNL 状态。我们对最有希望的特征进行蒙特卡罗背景分析，结合探测器的粒子识别能力，并估计 DUNE 对这些粒子的实验灵敏度。我们还提供了 DUNE 处 ν τ 导出的 HNL 通量的估计值，目前在文献中缺失，这使我们能够讨论对更高质量的 HNL 的搜索。并估计 DUNE 对这些粒子的实验敏感性。我们还提供了 DUNE 处 ν τ 导出的 HNL 通量的估计值，目前在文献中缺失，这使我们能够讨论对更高质量的 HNL 的搜索。并估计 DUNE 对这些粒子的实验敏感性。我们还提供了 DUNE 处 ν τ 导出的 HNL 通量的估计值，目前在文献中缺失，这使我们能够讨论对更高质量的 HNL 的搜索。