Searches for new physics with neutrino oscillations in the high precision era

Abstract

Die vorliegende Dissertation behandelt den Einfluss neuer Physik auf die Messungen aktueller Neutrino-Oszillations-Experimente. Insbesondere wird eine neue modellunabhängige Methode zur Analyse der CP-Verletzung in Neutrino Oszillationen entwickelt, die auf Unitaritäts-Argumenten beruht. Es wird gezeigt, dass aktuelle Experimente wie T2K oder NOvA in der Lage sind, den Parameter-Bereich für viele Modelle stark einzuschränken. Durch Einbeziehen der Materie-Effekte in diese neue Methode ergeben sich zahlreiche Herausforderungen, die tiefgehender behandelt werden. Außerdem wird der Einfluss eines leichten sterilen Neutrinos auf die Bestimmung der Massen-Hierarchie beim JUNO Experiment untersucht. Zusätzlich wird das erste stringente Modell entwickelt, das alle aktuellen Anomalien im Neutrino Bereich erklären kann und gleichzeitig konsistent ist mit Messungen von atmosphärischen Neutrinos und Neutrinos aus Beschleuniger-Experimenten.

In this thesis we explore several new physics models and their implications on current neutrino oscillation experiments. In particular we develop a novel model-independent method to analyze the CP violation in neutrino oscillations, based on the unitarity constraints for the leptonic mixing matrix. We can show that current experiments like T2K or NOvA have su cient sensitivity to restrict new physics models signi cantly. The inclusion of matter e ects into this new approach leads to new challenges, that are studied in more detail. Additionally we analyzes the impact of a light sterile neutrino on the determination of the mass hierarchy at the JUNO experiment. We also propose the rst stringent model that can explain all current neutrino oscillation anomalies and is consistent with atmospheric and accelerator based neutrino experiments.