Probing light mediators in the radiative emission of neutrino pair
Shao-Feng Ge, Pedro Pasquini
Abstract
Abstract We propose a new possibility of using the coherently enhanced neutrino pair emission to probe light-mediator interactions between electron and neutrinos. With typical momentum transfer at the atomic $$\mathcal O(1$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>O</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> eV) scale, this process is extremely sensitive for the mediator mass range $$\mathcal O(10^{-3} \sim 10^4$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>O</mml:mi> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mn>4</mml:mn> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> ) eV. The sensitivity on the product of couplings with electron ( $$g^e$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>g</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:msup> </mml:math> or $$y^e$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:msup> </mml:math> ) and neutrinos ( $$g^\nu $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>g</mml:mi> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:msup> </mml:math> or $$y^\nu $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msup> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:msup> </mml:math> ) can touch down to $$|y^e y^\nu | < 10^{-9} \sim 10^{-19}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mo><</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>9</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>19</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> for a scalar mediator and $$|g^e g^\nu | < 10^{-15} \sim 10^{-26}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>g</mml:mi> <mml:mi>e</mml:mi> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mi>g</mml:mi> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mo><</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>15</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>∼</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>26</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> for a vector one, with orders of improvement from the existing constraints.