Standard Model extensions with neutral leptons

Abstract

In this thesis, we study two different Standard Model extensions involving neutral leptons aiming to explain current anomalies in the neutrino sector, as well as to explain the flavor anomalies in combination with the dark matter abundance in the universe. At first, we develop a model that introduces additional sterile neutrino states featuring altered dispersion relations in order to explain the longstanding short baseline neutrino oscillation anomalies and the gallium/reactor anomalies, while also staying in accordance with high energy data from atmospheric and long baseline accelerator experiments. Furthermore, we systematically analyze a model class of one-loop solutions to the B-anomalies in the context of fermionic singlet dark matter candidates. We study the dark matter phenomenology for both Dirac and Majorana fermions in all five models that contain a fermionic singlet. In our analysis, we include different hierarchies between the new Yukawa couplings to Standard Model quarks and also examine different mass ratios in the dark sector. Our study shows that especially direct detection limits can probe such solutions of the B-anomalies.

In dieser Dissertation untersuchen wir zwei verschiedene Standardmodellerweiterungen mit neutralen Leptonen, die darauf abzielen, die Anomalien im Neutrinosektor zu erklären, sowie eine Erklärung der Flavoranomalien mit der Existenz Dunkler Materie im Universum zu verknüpfen. Zunächst entwickeln wir ein Modell, das zusätzliche sterile Neutrinos mit veränderten Dispersionsrelationen einführt, um die Neutrino-Oszillationsanomalien, sowie die Gallium- und Reaktoranomalien zu erklären, während es gleichzeitig mit den Hochenergie-Daten aus atmosphärischen aus Beschleuniger-Experimenten in Übereinstimmung steht. Darüberhinaus präsentieren wir eine systematische Analyse einer Modellklasse von Ein-Schleifen-Lösungen für die B-Anomalien im Kontext von fermionischen Dunkle-Materie-Kandidaten in der Eich-Singulett-Darstellung. Wir untersuchen die Dunkle-Materie-Phänomenologie sowohl für Dirac- als auch für Majorana-Fermionen in allen fünf Modellen, die ein fermionisches Eich-Singulett enthalten. In unserer Analyse prüfen wir unterschiedliche Hierarchien zwischen den neuen Yukawa-Kopplungen an die Standardmodell-Quarks und analysieren zudem verschiedene Massenverhältnisse im dunklen Sektor. Unsere Studie zeigt, dass besonders direkte Detektionsexperimente solche Lösungen der B-Anomalien testen können.