<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing-oasis-article1-3-mathml3.dtd">
<article article-type="research-article" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:oasis="http://www.niso.org/standards/z39-96/ns/oasis-exchange/table"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">PRD</journal-id><journal-id journal-id-type="coden">PRVDAQ</journal-id><journal-title-group><journal-title>Physical Review D</journal-title><abbrev-journal-title>Phys. Rev. D</abbrev-journal-title></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2470-0010</issn><issn pub-type="epub">2470-0029</issn><publisher><publisher-name>American Physical Society</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.108.095028</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-major"><subject>ARTICLES</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-minor"><subject>Beyond the standard model</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Dirac-Majorana neutrino type oscillation induced by a wave dark matter</article-title><alt-title alt-title-type="running-title">DIRAC-MAJORANA NEUTRINO TYPE OSCILLATION INDUCED …</alt-title><alt-title alt-title-type="running-author">YEOLLIN CHOEJO, YECHAN KIM, AND HYE-SUNG LEE</alt-title></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><contrib-id authenticated="true" contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0002-0655-2642</contrib-id><name><surname>ChoeJo</surname><given-names>YeolLin</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n1"><sup>*</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id authenticated="true" contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0004-5603-4549</contrib-id><name><surname>Kim</surname><given-names>Yechan</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n2"><sup>†</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><contrib-id authenticated="true" contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-7333-3741</contrib-id><name><surname>Lee</surname><given-names>Hye-Sung</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"/><xref ref-type="author-notes" rid="n3"><sup>‡</sup></xref></contrib><aff id="a1">Department of Physics, <institution>KAIST</institution>, Daejeon 34141, Korea</aff></contrib-group><author-notes><fn id="n1"><label><sup>*</sup></label><p><email>particlephysics@kaist.ac.kr</email></p></fn><fn id="n2"><label><sup>†</sup></label><p><email>cj7801@kaist.ac.kr</email></p></fn><fn id="n3"><label><sup>‡</sup></label><p><email>hyesung.lee@kaist.ac.kr</email></p></fn></author-notes><pub-date iso-8601-date="2023-11-16" date-type="pub" publication-format="electronic"><day>16</day><month>November</month><year>2023</year></pub-date><pub-date iso-8601-date="2023-11-01" date-type="pub" publication-format="print"><day>1</day><month>November</month><year>2023</year></pub-date><volume>108</volume><issue>9</issue><elocation-id>095028</elocation-id><pub-history><event><date iso-8601-date="2023-06-05" date-type="received"><day>5</day><month>June</month><year>2023</year></date></event><event><date iso-8601-date="2023-10-10" date-type="accepted"><day>10</day><month>October</month><year>2023</year></date></event></pub-history><permissions><copyright-statement>Published by the American Physical Society</copyright-statement><copyright-year>2023</copyright-year><copyright-holder>authors</copyright-holder><license license-type="creative-commons" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><license-p content-type="usage-statement">Published by the American Physical Society under the terms of the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International</ext-link> license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI. Funded by SCOAP<sup>3</sup>.</license-p></license></permissions><abstract><p>Some properties of a neutrino may differ significantly depending on whether it is Dirac or Majorana type. The type is determined by the relative size of Dirac and Majorana masses, which may vary if they arise from an oscillating scalar dark matter. We show that the change can be significant enough to convert the neutrino type between Dirac and Majorana periodically while satisfying constraints on the dark matter. This neutrino type oscillation predicts periodic modulations in the event rates in various neutrino phenomena including the neutrinoless double beta decay. As the energy density and, thus, the oscillation amplitude of the dark matter evolves in the cosmic timescale, the neutrino masses change accordingly, which provides an interesting link between the present-time neutrino physics to the early universe cosmology including the leptogenesis.</p></abstract><funding-group><award-group award-type="grant"><funding-source country="KR"><institution-wrap><institution>National Research Foundation of Korea</institution><institution-id institution-id-type="doi" vocab="open-funder-registry" vocab-identifier="10.13039/open-funder-registry">10.13039/501100003725</institution-id></institution-wrap></funding-source><award-id>NRF-2021R1A2C2009718</award-id></award-group></funding-group><counts><page-count count="6"/></counts></article-meta></front><body><sec id="s1"><label>I.</label><title>INTRODUCTION</title><p>One of the unrevealed properties of the neutrinos is whether they are Dirac type or Majorana type. Some important physics occur only for the Majorana type: the leptogenesis that can explain the baryon asymmetry of the universe (BAU) and the seesaw mechanism that can explain the smallness of the neutrino masses. Experiments such as neutrinoless double beta decay can expect signals only for the Majorana neutrinos.</p><p>The true nature of the neutrinos may not be simple enough to identify them as either Dirac or Majorana type, though. It is especially so in view that the properties of the dark matter, which is another mystery in particle physics, are also unrevealed. It is quite possible that neutrino and dark matter are tightly linked, affecting each other.</p><p>In this paper, we propose a new scenario in which the neutrino type oscillates due to the wave dark matter. We show that the amplitude of the oscillating dark matter can be large enough to change the neutrino type back and forth between the Dirac and the Majorana while satisfying all the constraints for dark matter. It can be tested, for instance, by the modulation search in the neutrinoless double beta decay. The neutrino type oscillation may not have occurred in the early universe though, allowing the widely adopted leptogenesis for the BAU.</p><p>Coupling an oscillating scalar field to a particle to vary its mass is not new, including the neutrino masses <xref ref-type="bibr" rid="c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c11 c12 c13 c14">[1–14]</xref>. Our study differs from the existing works in the sense that it is the first scenario of the neutrino type oscillation.<fn id="fn1"><label><sup>1</sup></label><p>We note that it was pointed out in Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c9">[9]</xref>, in which the active-sterile neutrino oscillations in the quasi-Dirac limit were mainly studied, the neutrino might be out of the quasi-Dirac type in the early universe because the Majorana mass term undergoes the suppression over the cosmic time originating from the scaling of the ultralight dark matter.</p></fn></p></sec><sec id="s2"><label>II.</label><title>DIRAC VS MAJORANA NEUTRINOS</title><p>The <italic>Dirac neutrino</italic> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is constructed by left and right-handed Weyl spinors. In contrast, the <italic>Majorana neutrino</italic> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined using only one Weyl spinor, and satisfies <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> condition. In general, Lagrangian for the neutrino mass for a single flavor can be written as <disp-formula id="d1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo id="d1a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d1a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(1)</label></disp-formula></p><p>The light and heavy mass eigenvalues are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The mass matrix is diagonalized in the mass eigenstates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (light one), <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (heavy one).<fn id="fn2"><label><sup>2</sup></label><p>For convenience, we use the following notations interchangeably: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>≡</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></fn> <disp-formula id="d2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo minsize="6ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="6ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo id="d2a1">=</mml:mo><mml:mo minsize="6ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>sin</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>cos</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="6ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo minsize="6ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="6ex" stretchy="true">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mtext>where</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo minsize="6ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo minsize="6ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2)</label></disp-formula></p><p>The ratio of the Majorana and Dirac masses (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) determines the left-right (LR) mixing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the composition of each neutrino mass eigenstate. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> case gives a pure Dirac spinor of the degenerate mass eigenvalues <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the maximal mixing (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>).</p><p>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> case, the mass eigenvalues are nearly degenerate at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and mixing is almost maximal (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>). <disp-formula id="d3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>∓</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3)</label></disp-formula><disp-formula id="d4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mo>±</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">±</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">∓</mml:mo><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(4)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This case is called the <italic>quasi-Dirac neutrino</italic> (or pseudo-Dirac neutrino) <xref ref-type="bibr" rid="c15 c16 c17 c18 c19">[15–19]</xref>. Even though the mass eigenstates are still Majorana spinors, they act similarly to Dirac spinors. The Dirac mass term becomes more dominant than the Majorana mass term, so the lepton number violation (LNV) process is suppressed in this limit.</p><p>In contrast, for the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> case, the mass eigenvalues are given by the seesaw mechanism <xref ref-type="bibr" rid="c20 c21 c22 c23">[20–23]</xref>. <disp-formula id="d5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(5)</label></disp-formula><disp-formula id="d6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(6)</label></disp-formula>and the mixing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is very small. The mass eigenstates behave almost like Majorana spinors.</p><p>The mass eigenvalues and the LR mixing angle are depicted in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref> as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><fig id="f1"><object-id>1</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.108.095028.f1</object-id><label>FIG. 1.</label><caption><p>The neutrino mass eigenvalues <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math></inline-formula> and the LR mixing angle <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In our model, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> oscillates widely around 0 to stay both in quasi-Dirac limit (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≫</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) and Majorana limit (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>).</p></caption><graphic xlink:href="e095028_1.eps"/></fig></sec><sec id="s3"><label>III.</label><title>NEUTRINO TYPE OSCILLATION</title><p>The oscillation between Dirac and Majorana states requires a time variation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and thus the variation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Such a scenario can be constructed by introducing coupling between neutrino and oscillating scalar field <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula> such as a wave dark matter <xref ref-type="bibr" rid="c24">[24]</xref>, which has periodic behavior for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> mass range with corresponding oscillation period is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ps</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>year</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The lower bound originates from the Lyman-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> forest data. The black hole superradiance search may further constrain the mass ranges <xref ref-type="bibr" rid="c25 c26">[25,26]</xref>.</p><p>Assuming the spatial homogeneity of the scalar field, the equation of motion in the expanding universe is <disp-formula id="d7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>¨</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>H</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>˙</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">∂</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">∂</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(7)</label></disp-formula><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Hubble parameter and the scalar field potential is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We assume the mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> remains constant over the cosmic evolution. The Hubble friction is ignored in the current universe (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), so the scalar field has the periodic solution. <disp-formula id="d8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(8)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The energy density of the oscillating scalar, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>˙</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, has the local density of total dark matter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>DM</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.3</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>GeV</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cm</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <xref ref-type="bibr" rid="c27">[27]</xref> as its upper limit.</p><p>There are several ways to introduce interactions between neutrinos and the oscillating scalar field <xref ref-type="bibr" rid="c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c13 c14">[3–10,13,14]</xref>. In general, one can vary both Dirac and Majorana masses by making them functions of an oscillating scalar field, thus periodically changing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. We will consider the case only the Majorana mass is a function of an oscillating scalar field while the Dirac mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is fixed <xref ref-type="bibr" rid="c4 c5 c6 c8 c9 c10 c13">[4–6,8–10,13]</xref>. Especially, for the definiteness, we take the simplest case where the Majorana mass is given by <xref ref-type="bibr" rid="c9">[9]</xref> <disp-formula id="d9"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo>⊃</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(9)</label></disp-formula>This term can serve as an addition to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> that depends on the density of the right-handed neutrino. However, since the heavy right-handed neutrinos decay promptly in the early universe, its effect is negligible. Besides, this coupling generates the effective <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> term by the loop with the neutrino <xref ref-type="bibr" rid="c9 c13">[9,13]</xref>, but the desired mass variation behavior of changing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is still guaranteed despite the existence of such a nonlinear term <xref ref-type="bibr" rid="c28">[28]</xref>.</p><p>This interaction induces time-varying Majorana mass <disp-formula id="d10"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(10)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>g</mml:mi><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the current oscillating amplitude of right-handed Majorana mass.<fn id="fn3"><label><sup>3</sup></label><p>In general, there may exist a bare Majorana mass term <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>m</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">H</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which makes the center of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> shifted from zero to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In this case, the oscillation amplitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> should be similar to or larger than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> for the neutrino type oscillation to occur, but we assume <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> here.</p></fn> The oscillation amplitude was larger in the early universe because of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> behavior where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the scale factor <xref ref-type="bibr" rid="c29 c30 c31">[29–31]</xref>.</p><p>In our scenario, the present-time Majorana mass amplitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is larger than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, making <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> cross between quasi-Dirac and Majorana regions. We call this phenomenon the <italic>Dirac-Majorana neutrino type oscillation</italic>. The right-handed Majorana mass term <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d1">(1)</xref> is now replaced with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d10">(10)</xref>. Thus, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref> may oscillate between the (quasi-)Dirac and Majorana limit. The value of the ratio touches the pure Dirac neutrino case instantly when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p><p>The required coupling strength <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> to give sufficient amplitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by the following equation. <disp-formula id="d11"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>19</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo minsize="5ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>DM</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo minsize="7ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(11)</label></disp-formula>The current dark matter density naturally provides such a large scale of the oscillating Majorana mass with respect to the typical Dirac mass scale of the standard model (SM) fermions, making the oscillating scalar dark matter a good candidate for our scenario (See Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>).</p><fig id="f2"><object-id>2</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.108.095028.f2</object-id><label>FIG. 2.</label><caption><p>The parameter space of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and dark matter mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The red region is excluded by the current dark matter relic density. If <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, it cannot provide Dirac-Majorana type oscillation and is shaded as the yellow region, with the most conservative assumptions of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> (perturbative limit) and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>246</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>GeV</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Higgs vacuum expectation value. For smaller <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> the yellow region will shift upward. Lyman-<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> forest gives the lower bound <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the oscillating period <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">μ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the expected time resolution of the neutrinoless double beta decay experiments <xref ref-type="bibr" rid="c32">[32]</xref>. Part of the blank region may be sensitive to the black hole superradiance. A case of the subdominant oscillating dark matter case of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.01</mml:mn><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>DM</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is drawn with a dashed line for comparison. The density can be as low as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>18</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>DM</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which is the upper-left corner of the blank area.</p></caption><graphic xlink:href="e095028_2.eps"/></fig><p>The variation of the neutrino mass may affect neutrino-related physics including the following. (i) The neutrino flavor oscillation parameters (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) and the apparent unitarity of the Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (PMNS) matrix for three-flavor mixing of the active neutrinos <xref ref-type="bibr" rid="c33 c34">[33,34]</xref>.<fn id="fn4"><label><sup>4</sup></label><p>See Refs. <xref ref-type="bibr" rid="c3 c5 c6 c7 c9 c10 c13 c14">[3,5–7,9,10,13,14]</xref> for the effect of the mass variation on the neutrino flavor oscillation.</p></fn> (ii) The cosmological implications and supernovae/solar neutrino phenomena. (iii) The lepton flavor violation processes involving the right-handed neutrinos and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>W</mml:mi></mml:math></inline-formula> boson decay (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>W</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo>ℓ</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>).</p><p>Although it is pending the scrutiny of the data with dedicated analysis, we assume it is okay if the time-averaged quantities satisfy the known bounds. For instance, we impose the active neutrino mass bound <xref ref-type="bibr" rid="c27 c35 c36 c37 c38">[27,35–38]</xref> on the time-averaged neutrino mass: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The allowed parameter space of Dirac mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and Majorana mass amplitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f3">3</xref>. This time-average analysis can also be applied to the effect of the mass variation on the neutrino flavor oscillation parameters, but it is out of the scope of this paper.</p><fig id="f3"><object-id>3</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.108.095028.f3</object-id><label>FIG. 3.</label><caption><p>The parameter space of Majorana mass amplitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and Dirac mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The yellow region is disfavored as the time-averaged light neutrino mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is greater than 0.1 eV, which is about the current constraint on the active neutrino mass. The dashed lines represent the values of the quasi-Dirac time ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Only the region with a small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> survives.</p></caption><graphic xlink:href="e095028_3.eps"/></fig><p>For the convenient analysis, we call <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> part the quasi-Dirac region. The time interval <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi></mml:math></inline-formula> for this region is given by <disp-formula id="d12"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>τ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(12)</label></disp-formula>and the “quasi-Dirac time ratio” <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> is 1 for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> case, meaning the neutrino is continually in the quasi-Dirac region.</p></sec><sec id="s4"><label>IV.</label><title>IMPLICATIONS ON NEUTRINOLESS DOUBLE BETA DECAYS</title><p>The neutrinoless double beta decay (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula>) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> as a LNV process <xref ref-type="bibr" rid="c39">[39]</xref> is one of the best examples that give a distinction for quasi-Dirac and Majorana neutrinos.</p><p>The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> decay rate is proportional to the square of the following amplitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <disp-formula id="d13"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(13)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the extended PMNS matrix including LR mixing, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the nuclear matrix element <xref ref-type="bibr" rid="c40 c41 c42 c43 c44">[40–44]</xref>.</p><p>For a simple case of a single flavor, the amplitude is <disp-formula id="d14"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="script">M</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(14)</label></disp-formula>For pure Dirac neutrinos, the amplitude is exactly zero because the two terms in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:math></inline-formula> cancel each other precisely. In the quasi-Dirac region, the amplitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:math></inline-formula> is still highly suppressed <xref ref-type="bibr" rid="c16 c40">[16,40]</xref>. In the Majorana region, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi></mml:math></inline-formula> is relatively large and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> process is activated. If the Dirac-Majorana neutrino type oscillation occurs, the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> process turns on and off periodically as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> oscillates. The three-flavor case shows similar behavior.</p><p>The time-averaged amplitude <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be constrained by the current bound from the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> experiments <xref ref-type="bibr" rid="c35 c38">[35,38]</xref>. The Majorana region occurs most of the time according to Fig. <xref ref-type="fig" rid="f3">3</xref>, in which the LR mixing angle is negligibly small. Thus, only the first term in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d14">(14)</xref> remains, and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> bound is reduced to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> bound.</p><p>The neutrino type oscillation can be tested by analyzing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> data reflecting time modulation. The event number will show a sharp decrease when the state enters the quasi-Dirac region. The time length of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:math></inline-formula> rate reduction depends on the dark matter mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and the quasi-Dirac time ratio <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>τ</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><p>Such a modulation search can apply to others, too. For instance, the cosmic neutrino background signal rate is larger for the Majorana neutrino compared to the Dirac neutrino by a factor of two <xref ref-type="bibr" rid="c45 c46 c47">[45–47]</xref>. A modulation search could be potentially much more sensitive than a typical signal-over-background search for these extremely weak signals.</p></sec><sec id="s5"><label>V.</label><title>IMPLICATIONS ON LEPTOGENESIS</title><p>The SM does not provide an explanation for the observed BAU. Leptogenesis is a possible model for baryogenesis by generating nonzero <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> via the LNV process, in the presence of the Majorana mass term. A decay of a heavy Majorana neutrino generates lepton asymmetry and this nonzero lepton number leads to baryogenesis via the sphaleron process.</p><p>The LNV comes from the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> violating decay of heavy Majorana neutrinos <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> asymmetry <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for this process is defined as <disp-formula id="d15"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">ℓ</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ℓ</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mo stretchy="false">ℓ</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ℓ</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(15)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>ℓ</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the lepton doublet and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Φ</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Higgs doublet. To produce enough lepton number to explain the observed BAU, at least <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is needed <xref ref-type="bibr" rid="c48">[48]</xref>.</p><p>The <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> asymmetry <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is proportional to <disp-formula id="d16"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ε</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Im</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(16)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the Yukawa matrix for the Dirac mass term and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Γ</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the decay rate of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>th heavy neutrino. In the minimal leptogenesis scenario, where very heavy neutrinos are assumed (with a hierarchy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>), it reduces to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ε</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Here, the lower bound <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>9</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>GeV</mml:mi></mml:math></inline-formula> is required <xref ref-type="bibr" rid="c48 c49">[48,49]</xref>. In another scenario, called the resonant leptogenesis, nearly degenerate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>’s are assumed, and the mass bound can be as low as TeV scale <xref ref-type="bibr" rid="c50 c51 c52">[50–52]</xref>.</p><p>Since the amplitude of the oscillating scalar field decays as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the Majorana masses of neutrinos are expected to be far larger in the early universe than the present values when they are functions of the oscillating scalar dark matter <xref ref-type="bibr" rid="c4 c5 c6 c7 c8 c9 c10 c13">[4–10,13]</xref>.<fn id="fn5"><label><sup>5</sup></label><p>The scalar field becomes radiationlike and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> if the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> term is dominant <xref ref-type="bibr" rid="c9 c53">[9,53]</xref>, but we set the small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> term here.</p></fn> The seesaw mechanism engages in this limit, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>The Majorana mass could be considered as a constant before the scalar field oscillation began when the Hubble parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>Pl</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is about the dark matter mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the temperature of the universe and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>Pl</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the Planck mass. Since the scale factor value <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be determined when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given, the temperature <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> at the dark matter production stage is given by <disp-formula id="d17"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(17)</label></disp-formula>Using <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>≃</mml:mo><mml:mn>2.73</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi mathvariant="normal">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the Majorana mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> at that stage can be obtained. <disp-formula id="d18"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">*</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>≃</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">-</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(18)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the current Majorana mass amplitude.</p><p>The grand unification scale is typically taken for the heavy Majorana neutrino mass in the minimal leptogenesis, but it can decrease drastically over time. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a benchmark point, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>15</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>GeV</mml:mi></mml:math></inline-formula> decreases to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>TeV</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the present time. This small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> suppresses <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> according to the Casas-Ibarra parametrization <xref ref-type="bibr" rid="c54">[54]</xref>, which is widely adopted to ensure consistency with the neutrino oscillation data. Nevertheless, sufficient <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> asymmetry <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ε</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be achieved if the masses are degenerate.</p><p>We note that large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> and small <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> may not provide the thermal production of the heavy Majorana neutrinos in the early universe, but the leptogenesis can be still achieved if, for instance, the thermal equilibrium is obtained with a new gauge boson that couples to the right-handed neutrinos and other particles. Also, nonthermal production of the Majorana neutrinos from inflaton decays may occur.</p><p>The scale of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> for the leptogenesis links with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which determines the Dirac-Majorana neutrino type oscillation in the present universe. This relation is schematically illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f4">4</xref>.</p><fig id="f4"><object-id>4</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.108.095028.f4</object-id><label>FIG. 4.</label><caption><p>Schematic illustration of the Majorana mass term over cosmic time. (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the present time.) The Majorana mass <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> is frozen before <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>, at which the oscillation began (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>≈</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>), and the leptogenesis may occur before <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e095028_4.eps"/></fig></sec><sec id="s6"><label>VI.</label><title>SUMMARY AND OUTLOOK</title><p>We studied the scenario in which the neutrino masses are given as a function of the wave scalar dark matter in the way it results in Dirac-Majorana neutrino type oscillations. We showed this scenario is consistent with the various constraints on dark matter, and even if the oscillating scalar field is a fraction of the relic dark matter, the scenario works well.</p><p>The amplitude of the oscillating dark matter decreases over time, but the leptogenesis may still occur with the frozen Majorana mass in the early universe, while the suppressed oscillating mass amplitude at the present time may result in unique periodic conversion signatures in various neutrino experiments including the neutrinoless double beta decays. Rich physics and cosmology with neutrino type oscillation are warranted.</p></sec></body><back><ack><title>ACKNOWLEDGMENTS</title><p>We thank Kazuki Enomoto, Jiheon Lee, and Jaeok Yi for their helpful discussions. We also thank Peter Denton for a useful conversation about the cosmic neutrino background. This work was partly supported by the National Research Foundation of Korea (Grant No. NRF-2021R1A2C2009718).</p></ack><ref-list><ref id="c1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>1</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Van Tilburg</string-name>, <string-name>N. Leefer</string-name>, <string-name>L. Bougas</string-name>, and <string-name>D. Budker</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>115</volume>, <page-range>011802</page-range> (<year>2015</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.115.011802</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>2</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Arvanitaki</string-name>, <string-name>P. W. Graham</string-name>, <string-name>J. M. Hogan</string-name>, <string-name>S. Rajendran</string-name>, and <string-name>K. Van Tilburg</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>075020</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.075020</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c3"><label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>3</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Berlin</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>117</volume>, <page-range>231801</page-range> (<year>2016</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.117.231801</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>4</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>Y. Zhao</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>95</volume>, <page-range>115002</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.95.115002</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>5</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. Krnjaic</string-name>, <string-name>P. A. N. Machado</string-name>, and <string-name>L. Necib</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>075017</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.075017</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>6</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>V. Brdar</string-name>, <string-name>J. Kopp</string-name>, <string-name>J. Liu</string-name>, <string-name>P. Prass</string-name>, and <string-name>X.-P. Wang</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>97</volume>, <page-range>043001</page-range> (<year>2018</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.97.043001</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>7</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Dev</string-name>, <string-name>P. A. N. Machado</string-name>, and <string-name>P. Martínez-Miravé</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>01</issue> (<volume>2021</volume>) <page-range>094</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP01(2021)094</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>8</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G.-y. Huang</string-name> and <string-name>N. Nath</string-name></person-group>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>05</issue> (<volume>2022</volume>) <page-range>034</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2022/05/034</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>9</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Dev</string-name>, <string-name>G. Krnjaic</string-name>, <string-name>P. Machado</string-name>, and <string-name>H. Ramani</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>107</volume>, <page-range>035006</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.107.035006</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>10</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G.-y. Huang</string-name>, <string-name>M. Lindner</string-name>, <string-name>P. Martínez-Miravé</string-name>, and <string-name>M. Sen</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>106</volume>, <page-range>033004</page-range> (<year>2022</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.106.033004</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>11</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Berger</string-name> and <string-name>A. Bhoonah</string-name></person-group>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2206.06364</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>12</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Guo</string-name>, <string-name>Y. He</string-name>, <string-name>J. Liu</string-name>, <string-name>X.-P. Wang</string-name>, and <string-name>K.-P. Xie</string-name></person-group>, <source>Commun. Phys.</source> <volume>6</volume>, <page-range>225</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">CMPYEL</pub-id><issn>0868-3166</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1038/s42005-023-01350-6</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>13</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. Davoudiasl</string-name> and <string-name>P. B. Denton</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>108</volume>, <page-range>035013</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.108.035013</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>14</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. Gherghetta</string-name> and <string-name>A. Shkerin</string-name></person-group>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2305.06441</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>15</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. W. F. Valle</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>27</volume>, <page-range>1672</page-range> (<year>1983</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.27.1672</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="proc"><object-id>16</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. K. Akhmedov</string-name></person-group>, in <source>ICTP Summer School in Particle Physics</source> (<publisher-name>World Scientific</publisher-name>, Singapore, <year>1999</year>), pp. <page-range>103–164</page-range>.</mixed-citation></ref><ref id="c17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>17</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. F. Beacom</string-name>, <string-name>N. F. Bell</string-name>, <string-name>D. Hooper</string-name>, <string-name>J. G. Learned</string-name>, <string-name>S. Pakvasa</string-name>, and <string-name>T. J. Weiler</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>92</volume>, <page-range>011101</page-range> (<year>2004</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.92.011101</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c18"><label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>18</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. de Gouvea</string-name>, <string-name>W.-C. Huang</string-name>, and <string-name>J. Jenkins</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>80</volume>, <page-range>073007</page-range> (<year>2009</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.80.073007</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c19"><label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>19</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. Anamiati</string-name>, <string-name>V. De Romeri</string-name>, <string-name>M. Hirsch</string-name>, <string-name>C. A. Ternes</string-name>, and <string-name>M. Tórtola</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>100</volume>, <page-range>035032</page-range> (<year>2019</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.100.035032</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c20"><label>[20]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>20</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. Minkowski</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>67B</volume>, <page-range>421</page-range> (<year>1977</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(77)90435-X</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c21"><label>[21]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>21</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Gell-Mann</string-name>, <string-name>P. Ramond</string-name>, and <string-name>R. Slansky</string-name></person-group>, <source>Conf. Proc. C</source> <volume>790927</volume>, <page-range>315</page-range> (<year>1979</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c22"><label>[22]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>22</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. N. Mohapatra</string-name> and <string-name>G. Senjanovic</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>44</volume>, <page-range>912</page-range> (<year>1980</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.44.912</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c23"><label>[23]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>23</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. Yanagida</string-name></person-group>, <source>Conf. Proc. C</source> <volume>7902131</volume>, <page-range>95</page-range> (<year>1979</year>).<pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1143/PTP.64.1103</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c24"><label>[24]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>24</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. Hui</string-name></person-group>, <source>Annu. Rev. Astron. Astrophys.</source> <volume>59</volume>, <page-range>247</page-range> (<year>2021</year>).<pub-id pub-id-type="coden">ARAAAJ</pub-id><issn>0066-4146</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1146/annurev-astro-120920-010024</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c25"><label>[25]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>25</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Arvanitaki</string-name>, <string-name>S. Dimopoulos</string-name>, <string-name>S. Dubovsky</string-name>, <string-name>N. Kaloper</string-name>, and <string-name>J. March-Russell</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>81</volume>, <page-range>123530</page-range> (<year>2010</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.81.123530</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c26"><label>[26]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>26</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. Davoudiasl</string-name> and <string-name>P. B. Denton</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>123</volume>, <page-range>021102</page-range> (<year>2019</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.123.021102</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c27"><label>[27]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>27</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. A. Zyla</string-name> <etal/> (<collab>Particle Data Group</collab>)</person-group>, <source>Prog. Theor. Exp. Phys.</source> <volume>2020</volume>, <page-range>083C01</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PTEPCR</pub-id><issn>2050-3911</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1093/ptep/ptaa104</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c28"><label>[28]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>28</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Frasca</string-name></person-group>, <source>J. Nonlinear Math. Phys.</source> <volume>18</volume>, <page-range>291</page-range> (<year>2011</year>).<issn>1402-9251</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1142/S1402925111001441</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c29"><label>[29]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>29</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Preskill</string-name>, <string-name>M. B. Wise</string-name>, and <string-name>F. Wilczek</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>120B</volume>, <page-range>127</page-range> (<year>1983</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(83)90637-8</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c30"><label>[30]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>30</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. F. Abbott</string-name> and <string-name>P. Sikivie</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>120B</volume>, <page-range>133</page-range> (<year>1983</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(83)90638-X</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c31"><label>[31]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>31</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Dine</string-name> and <string-name>W. Fischler</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>120B</volume>, <page-range>137</page-range> (<year>1983</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(83)90639-1</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c32"><label>[32]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>32</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. B. Kim</string-name> <etal/></person-group>, <source>Astropart. Phys.</source> <volume>91</volume>, <page-range>105</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">APHYEE</pub-id><issn>0927-6505</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.astropartphys.2017.02.009</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c33"><label>[33]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>33</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>B. Pontecorvo</string-name></person-group>, <source>Zh. Eksp. Teor. Fiz.</source> <volume>34</volume>, <page-range>247</page-range> (<year>1957</year>).<pub-id pub-id-type="coden">ZETFA7</pub-id><issn>0044-4510</issn></mixed-citation></ref><ref id="c34"><label>[34]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>34</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>Z. Maki</string-name>, <string-name>M. Nakagawa</string-name>, and <string-name>S. Sakata</string-name></person-group>, <source>Prog. Theor. Phys.</source> <volume>28</volume>, <page-range>870</page-range> (<year>1962</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PTPKAV</pub-id><issn>0033-068X</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1143/PTP.28.870</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c35"><label>[35]</label><mixed-citation id="c35a" publication-type="journal"><object-id>35a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Gando</string-name> <etal/> (<collab>KamLAND-Zen Collaboration</collab>)</person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>117</volume>, <page-range>082503</page-range> (<year>2016</year>); <pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.117.082503</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c35b" publication-type="journal" specific-use="authorjournal"><object-id>35b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Gando</string-name> <etal/> (<collab>KamLAND-Zen Collaboration</collab>)</person-group><source>Phys. Rev. Lett.</source><volume>117</volume>, <page-range>109903(A)</page-range> (<year>2016</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.117.109903</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c36"><label>[36]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>36</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G.-y. Huang</string-name>, <string-name>W. Rodejohann</string-name>, and <string-name>S. Zhou</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>101</volume>, <page-range>016003</page-range> (<year>2020</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.101.016003</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c37"><label>[37]</label><mixed-citation id="c37a" publication-type="journal"><object-id>37a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Aghanim</string-name> <etal/> (<collab>Planck Collaboration</collab>)</person-group>, <source>Astron. Astrophys.</source> <volume>641</volume>, <page-range>A6</page-range> (<year>2020</year>); <pub-id pub-id-type="coden">AAEJAF</pub-id><issn>0004-6361</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1051/0004-6361/201833910</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c37b" publication-type="journal" specific-use="authorjournal"><object-id>37b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Aghanim</string-name> <etal/> (<collab>Planck Collaboration</collab>)</person-group><source>Astron. Astrophys.</source><volume>652</volume>, <page-range>C4(E)</page-range> (<year>2021</year>).<pub-id pub-id-type="coden">AAEJAF</pub-id><issn>0004-6361</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1051/0004-6361/201833910e</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c38"><label>[38]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>38</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>I. J. Arnquist</string-name> <etal/> (<collab>Majorana Collaboration</collab>)</person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>130</volume>, <page-range>062501</page-range> (<year>2023</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.130.062501</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c39"><label>[39]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>39</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. Schechter</string-name> and <string-name>J. W. F. Valle</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>25</volume>, <page-range>2951</page-range> (<year>1982</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.25.2951</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c40"><label>[40]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>40</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. Doi</string-name>, <string-name>T. Kotani</string-name>, and <string-name>E. Takasugi</string-name></person-group>, <source>Prog. Theor. Phys. Suppl.</source> <volume>83</volume>, <page-range>1</page-range> (<year>1985</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PTPSEP</pub-id><issn>0375-9687</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1143/PTPS.83.1</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c41"><label>[41]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>41</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>W. Rodejohann</string-name></person-group>, <source>Int. J. Mod. Phys. E</source> <volume>20</volume>, <page-range>1833</page-range> (<year>2011</year>).<pub-id pub-id-type="coden">IMPEER</pub-id><issn>0218-3013</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1142/S0218301311020186</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c42"><label>[42]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>42</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Faessler</string-name>, <string-name>M. González</string-name>, <string-name>S. Kovalenko</string-name>, and <string-name>F. Šimkovic</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>90</volume>, <page-range>096010</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.90.096010</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c43"><label>[43]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>43</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. D. Bolton</string-name>, <string-name>F. F. Deppisch</string-name>, and <string-name>P. S. Bhupal Dev</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2020</volume>) <page-range>170</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP03(2020)170</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c44"><label>[44]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>44</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>W. Dekens</string-name>, <string-name>J. de Vries</string-name>, <string-name>E. Mereghetti</string-name>, <string-name>J. Menéndez</string-name>, <string-name>P. Soriano</string-name>, and <string-name>G. Zhou</string-name></person-group>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:2303.04168</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c45"><label>[45]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>45</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. J. Long</string-name>, <string-name>C. Lunardini</string-name>, and <string-name>E. Sabancilar</string-name></person-group>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>08</issue> (<volume>2014</volume>) <page-range>038</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2014/08/038</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c46"><label>[46]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>46</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. G. Betti</string-name> <etal/> (<collab>PTOLEMY Collaboration</collab>)</person-group>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>07</issue> (<volume>2019</volume>) <page-range>047</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2019/07/047</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c47"><label>[47]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>47</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>B. Hernandez-Molinero</string-name>, <string-name>R. Jimenez</string-name>, and <string-name>C. Pena-Garay</string-name></person-group>, <source>J. Cosmol. Astropart. Phys.</source> <issue>08</issue> (<volume>2022</volume>) <page-range>038</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JCAPBP</pub-id><issn>1475-7516</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1088/1475-7516/2022/08/038</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c48"><label>[48]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>48</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Davidson</string-name>, <string-name>E. Nardi</string-name>, and <string-name>Y. Nir</string-name></person-group>, <source>Phys. Rep.</source> <volume>466</volume>, <page-range>105</page-range> (<year>2008</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRPLCM</pub-id><issn>0370-1573</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.physrep.2008.06.002</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c49"><label>[49]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>49</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Davidson</string-name> and <string-name>A. Ibarra</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>535</volume>, <page-range>25</page-range> (<year>2002</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/S0370-2693(02)01735-5</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c50"><label>[50]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>50</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Pilaftsis</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>56</volume>, <page-range>5431</page-range> (<year>1997</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.56.5431</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c51"><label>[51]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>51</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Pilaftsis</string-name> and <string-name>T. E. J. Underwood</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B692</volume>, <page-range>303</page-range> (<year>2004</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.nuclphysb.2004.05.029</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c52"><label>[52]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>52</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>P. S. Bhupal Dev</string-name>, <string-name>P. Millington</string-name>, <string-name>A. Pilaftsis</string-name>, and <string-name>D. Teresi</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B886</volume>, <page-range>569</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.nuclphysb.2014.06.020</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c53"><label>[53]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>53</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. S. Turner</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>28</volume>, <page-range>1243</page-range> (<year>1983</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.28.1243</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c54"><label>[54]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>54</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. A. Casas</string-name> and <string-name>A. Ibarra</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B618</volume>, <page-range>171</page-range> (<year>2001</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/S0550-3213(01)00475-8</pub-id></mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
