[論文レビュー] A chiral gauge-invariant model for Majorana neutrinos

I. Alikhanov, E. A. Paschos|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2019

Neutrino Physics Research参考文献 22被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、右側のメジャナネーターが新しい中性ゲージボソン X と純粋な軸性ベクトル相互作用によって結合する、 chirality 感応の U(1)R モデルを提案する。このモデルは、異常キャンセレーションによって紫外完全性を保証し、(反)ニュートリノ-電子散乱およびコherent ニュートリノ-核散乱における新しいシグネチャを予測する。結合定数の制約は ρ パラメータおよび実験データから導出され、現在の測定値において最大20%の未知の寄与が許容可能であることが示された。

ABSTRACT

The article investigates the possibility that right-handed neutrinos are Majorana particles embedded in an abelian multiplicative $U(1)_R$ factor, with the Lagrangian in the new factor being invariant under chiral gauge transformations. Majorana neutrinos couple to charged and neutral currents, producing new signatures to (anti)neutrino-electron elastic scattering and an additional term to coherent scattering of neutrinos on atomic nuclei. The model is ultraviolet complete and depends on one extra hypercharge correlating the reactions and providing upper bounds for the new coupling constant.

研究の動機と目的

• 右側のメジャナネーターが純粋な chiral (軸性ベクトル) 相互作用によって新しい U(1)R ゲージボソン X に結合するゲージ不変なモデルを構築すること。
• 三角異常キャンセレーションと chiral ゲージ対称性の保存によって紫外完全性を保証すること。
• ρ パラメータおよびニュートリノ散乱実験から、新しい結合定数および X ボソン質量の現象論的制約を導出すること。
• (反)ニュートリノ-電子弾性散乱およびコherent ニュートリノ-核散乱における検出可能なシグネチャを探索すること。
• 共有される U(1)R ハイパーチャージを通じて、異なるニュートリノ誘発反応を関連付け、複数実験間の整合性チェックを可能にすること。

提案手法

• γ⁵ 変換における chiral 不変性を保証する新しいアーベル U(1)R ゲージ対称性を導入し、右側のメジャナネーターのラグランジアンのゲージ不変性を確保する。
• 標準ヒッグスダブルット φ と新しいスカラー単位スカラ σ を用いたヒッグス機構を実装し、フェルミオンおよび X ゲージボソンの質量を生成する。
• 特定の U(1)R ハイパーチャージの割り当てにより異常キャンセレーションを強制し、クォークおよびレプトンの独立したハイパーチャージ数を1つに削減する。
• X ボソンのニュートリノおよび電子への有効カップリングを導出し、Z ボソンとの混合を含め、断面積に及ぼす影響を計算する。
• ρ パラメータおよび Z ボソンの非可視崩壊分支比を用いて、U(1)R ゲージ結合定数および X ボソン質量の制約を求める。
• (反)ニュートリノ-電子散乱およびコherent ニュートリノ-核散乱の微分断面積を、新しい軸性ベクトル寄与を考慮して分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メジャナネーターが chiral ゲージ不変枠組みの中で中性ゲージボソン X に結合可能か？
• RQ2 このような結合がニュートリノ-電子散乱および核へのコherent 散乱に及ぼす現象論的影響は何か？
• RQ3 ρ パラメータおよび Z 非可視崩壊からの制約は、新しい X ボソンの結合強度および質量をどの程度制限するか？
• RQ4 現在の測定誤差の範囲内で、ニュートリノ-電子散乱への新しい寄与がどの程度隠蔽可能か？
• RQ5 ビームダンプまたはスパラレーション源が X ボソン交換を通じてメジャナネーターの検出信号を生成できるか？

主な発見

• モデルは紫外完全であり、一貫した U(1)R ハイパーチャージの割り当てにより三角異常キャンセレーションが達成され、クォークおよびレプトンの独立したハイパーチャージ数が1つに削減された。
• 新しい X ボソンは、純粋な軸性ベクトルカレントを通じて右側のメジャナネーターにのみ結合し、chiral ゲージ不変性を保ったままである。
• ρ パラメータおよび Z 非可視崩壊からの制約は、最も厳しいものではない。代わりに、(反)ニュートリノ-電子散乱データから、未知の寄与が最大20%まで許容可能であることが示された。
• (反)ニュートリノ-電子散乱の微分断面積は、追加の軸性ベクトルカップリングにより変更され、運動量移行が小さい領域で効果が顕著になる。
• コherent ニュートリノ-核散乱は、相互作用の軸性ベクトル性に起因するバリオン的カレント強化を受けるため、断面積感度が向上する。
• X ボソンの結合定数は実験データによって制約され、初期宇宙におけるリリックダークマター密度の要件を満たすために必要な値と、TEXONO 実験の限界値が非常に近い。