[論文レビュー] A Radiative Linear Seesaw, Dark Matter and $U(1)_{B-L}$

Weijian Wang, Zhi-Long Han|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 13

ひとこと要約

本稿は、U(1)_{B-L}ゲージ対称性の枠組み内で放射線的線形シー・サウのモデルを提案する。ここで、小さなレプトン数破れ項 μ_L が1ループレベルで生成され、自発的 B-L 対称性の破れが生じる。残余の Z₂ × Z₂′ 対称性により、2種類の不活性フェルミオンおよびスカラー成分が、実現可能な2成分のダークマター候補として安定化される。また、レプトン数のフラバー破れ、リリック密度、直接検出、加速器物理学的現象論が一貫して扱える。

ABSTRACT

In this paper we propose a radiated linear seesaw model where the naturally small term $\mu_{L}$ are generated at one-loop level and its soft-breaking of lepton number symmetry attributes to the spontaneous breaking(SSB) of B-L gauge symmetry. The value of $B-L$ charges for new particles are assigned to satisfy the anomalies cancelation. It is founded that some new particles may have exotic values of $B-L$ charge such that there exists residual $Z_{2} imes Z_{2}^{\prime}$ symmetry even after SSB of $B-L$ gauge symmetry. The $Z_{2} imes Z_{2}^{\prime}$ discrete symmetry stabilizes the these particles as dark matter candidates. In the model, two no-interplay classes of inert fermions and scalars are introduced, leading to two-component dark matter candidates. The lepton flavor violation processes, the relic density of dark matter, the direct detection of dark matter and the phenomenology on collider machine are investigated.

研究の動機と目的

• 1ループダイナミクスを通じて自然に小さな μ_L 項を生成する放射線的線形シー・サウモデルを構築すること。
• アノマリーキャンセレーションと整合するように、レプトン数のソフト破れを通じて自発的 B-L 対称性の破れを実現すること。
• B-L 対称性の破れ後に残る離散的対称性（Z₂ × Z₂′）を同定し、不活性フェルミオンおよびスカラーをダークマター候補として安定化すること。
• このモデルにおけるレプトン数のフラバー破れ、ダークマターのリリック密度、直接検出、加速器信号の現象論を調査すること。
• 新しい粒子に適切な B-L チャージを割り当てることで、アノマリーキャンセレーションを保証するとともに、残余対称性を維持すること。

提案手法

• 新しい重いフェルミオンおよびスカラーを含むループ図を通じて、1ループレベルで小さな μ_L 項が生成される放射線的線形シー・サウ機構を導入する。
• レプトン数のソフト破れを伴う U(1)_{B-L} ゲージ対称性を導入し、自発的 B-L 対称性の破れを誘発する。
• 新しい粒子に B-L チャージ（包括的に非整数の値も含む）を割り当て、アノマリーキャンセレーションを保証するとともに、対称性の破れ後に残余の Z₂ × Z₂′ 離散的対称性を維持する。
• 残余の Z₂ × Z₂′ 対称性を用いて、2つの異なる不活性セクター（フェルミオン的およびスカラー的）を安定化させ、両方がダークマターに寄与するようにする。
• ゲージ不変性およびアノマリーキャンセレーションを満たすように、運動項、ゲージ項、ヤコビ係数項、スカラー位エネルギ-項を含む完全なラグランジュアンを構築する。
• レプトン数のフラバー破れ過程、熱的フリーズアウトによるダークマターのリリック密度、直接検出断面積、加速器シグネチャの解析的および数値的分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 U(1)_{B-L} ゲージモデル内で、線形シー・サウの小さな μ_L 項は、どのように1ループレベルで自然に生成されるのか？
• RQ2 自発的 B-L 対称性の破れ後にどのような残余離散的対称性が出現し、それがダークマターをどのように安定化させるのか？
• RQ3 このモデルにおけるレプトン数のフラバー破れ過程の影響は何か？ また、現在の実験的制限内に収まるか？
• RQ4 2成分のダークマターの予測されるリリック密度は何か？ そして観測された宇宙論的値と一致するか？
• RQ5 不活性フェルミオンおよびスカラーのダークマター成分の直接検出および加速器シグネチャの見通しはいかがなものか？

主な発見

• μ_L 項は放射線的シー・サウ機構を通じて1ループレベルで生成され、その小ささに対する自然な説明が得られる。
• レプトン数のソフト破れを通じて自発的 B-L 対称性の破れが発生し、残余の Z₂ × Z₂′ 対称性により、不活性フェルミオンおよびスカラーが両方ともダークマター候補として安定化される。
• このモデルは、2つの異なるダークマター成分（1つはフェルミオン的、もう1つはスカラー的）を有し、両方が残余離散的対称性によって安定化される。
• レプトン数のフラバー破れ過程は1ループレベルで誘導され、現在の実験的制限の範囲内にあり、モデルパラメータに依存する。
• 2成分のダークマターのシナリオは、熱的フリーズアウトを通じて観測されたダークマターのリリック密度を再現可能であり、宇宙論的制約を満たすパラメータ領域が存在する。
• 両方のダークマター成分の直接検出断面積は、現在の実験感度以下に予測されるが、不活性スカラーおよびフェルミオンの加速器シグネチャは高エネルギー加速器で検出可能である。