[論文レビュー] An $SU(2)_L imes U(1)_Y$ model with reflection symmetry in view of recent neutrino experimental result

Ambar Ghosal|ArXiv.org|Apr 9, 2003

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、第二および第三レプトン世代間の反射対称性を持つ $SU(2)_L \times U(1)_Y$ モデルを提案し、レプトン数の明示的破れを伴う次元5のオペレーターによってニュートリノ質量を生成する。このモデルは、太陽、大気、CHOOZ、WMAP、および無零反応二重ベータ崩壊のデータをうまく説明でき、$|U_{13}| \simeq 3.5 \times 10^{-3}$ および $\langle m_{ee} \rangle \simeq 0.0519$ eV を予測する。これは現在の実験的制限の下限付近に位置する。

ABSTRACT

We demonstrate that an $SU(2)_L imes U(1)_Y$ model with the same particle content as Standard Model(SM) and discrete reflection symmetry between second and third generation of leptons give rise to charged lepton and neutrino mass matrices which can accommodate the present solar, atmospheric, WMAP neutrino experimental results.The model predicts the value of $|U_{13}|$ which could be tested in neutrino factories and the value of the effectiv Majorana neutrino mass $$ comes out at the lower end of the present experimental limit. Neutrino masses are generated through dim = 5 operators and the scale of which is constrained by the value of $$. If, in future neutrino less double beta decay experiments, namely, MOON, EXO, GENIUS etc. shifts the lower bound on $}$ by one order the present model will fail to accommodate the solar neutrino mixing angle due to LMA solution.

研究の動機と目的

• 標準模型の粒子内容を持つ最小限の $SU(2)_L \times U(1)_Y$ モデルを構築し、最近のニュートリノ振動データを説明すること。
• レプトンの第二および第三世代間に離散的反射対称性 $l_{2L} \leftrightarrow l_{3L}, \mu_R \leftrightarrow \tau_R$ を導入し、レプトン質量行列のテクスチャーを制約すること。
• レプトン数の破れを伴う次元5のオペレーターによりニュートリノ質量を生成し、セーブ・メカニズムを避けること。
• $|U_{13}|$ および $\langle m_{ee} \rangle$ の予測値が現在の実験的制限と整合し、将来の実験でテスト可能であることを確認すること。
• 特に MOON、EXO、GENIUS 実験による $\beta\beta_{0\nu}$ 衰変感度の向上を想定した場合、モデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• レプトンの第二および第三世代間に離散的反射対称性 $l_{2L} \leftrightarrow l_{3L}, \mu_R \leftrightarrow \tau_R$ を導入し、 charged レプトンおよびニュートリノ質量行列の構造を制約する。
• ニュートリノ質量がレプトン数を破る次元5の有効オペレーターから生じると仮定し、質量スケール $M$ をスカラー単一状態の真空期待値によって決定する。
• 電荷レプトン質量行列を非対角的とし、固有値がミューオンおよびタウレプトンの質量と一致するように構築する。
• 同じスカラー系によりニュートリノ質量行列を導出し、反射対称性を満たす構造を持たせ、特定のテクスチャーを導く。
• Maki-Nakagawa-Sakata-Pontecorvo (MNSP) 混合行列を用い、フレーバー状態と質量固有状態を関係づけ、太陽、大気、反応炉ニュートリノデータによってパラメータを制約する。
• Yukawa結合の摂動的ユニタリティ制約を適用し、スケール $M$ を制約する。$\langle m_{ee} \rangle \simeq 0.0519$ eV および $\langle \phi \rangle \simeq 200$ GeV の条件下で $M \leq 10^{13}$ GeV が得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型の粒子内容を持つ $SU(2)_L \times U(1)_Y$ モデルにおいて、第二および第三レプトン世代間の反射対称性が、観測された太陽、大気、反応炉ニュートリノ振動データを再現できるか。
• RQ2 予測される混合角 $\theta_{13}$ の値は何か。これは近い将来のニュートリノファクトリー実験でテスト可能か。
• RQ3 モデルは有効マヨラナニュートリノ質量 $\langle m_{ee} \rangle$ をどのように予測するか。また、将来の $\beta\beta_{0\nu}$ 衰変実験の感度向上にどの程度敏感か。
• RQ4 モデルにおける新しい物理学のスケール $M$ は何か。また、ユニタリティおよび $\langle m_{ee} \rangle$ の実験的制限によってどのように制約されるか。
• RQ5 将来的に $\beta\beta_{0\nu}$ 実験（例：MOON、EXO、GENIUS）が $\langle m_{ee} \rangle$ の下限を1桁向上させた場合、モデルは依然として妥当性を保つか。

主な発見

• モデルは $|U_{13}|^2 \simeq 1.25 \times 10^{-5}$ を予測し、これは $\sin^2 2\theta_{13} \simeq 4.99 \times 10^{-5}$ に相当する。これは非常に小さいが、将来のニュートリノファクトリーでテスト可能である可能性がある。
• 有効マヨラナニュートリノ質量は $\langle m_{ee} \rangle \simeq 0.0519$ eV と予測され、現在の実験的制限範囲 $0.05 - 0.84$ eV（95% C.L.）の下限付近に位置する。
• 太陽ニュートリノの混合角は $\sin^2 2\theta_\odot \simeq 0.85$ と予測され、LMA-MSW 解と KamLAND データと整合的である。
• 大気ニュートリノの混合角は $\sin^2 2\theta_{\text{atm}} \simeq 0.99$ であり、最大混合に近く、Super-K および K2K の結果と整合的である。
• ニュートリノ質量の和は $\Sigma m_i \simeq 0.1031$ eV であり、WMAP の95% C.L. での上限 $0.71$ eV よりもはるかに小さい。
• Yukawa結合の摂動的ユニタリティ制約により、スケール $M$ は $M \leq 10^{13}$ GeV に制約され、$\langle \phi \rangle \simeq 200$ GeV を仮定した場合に成立する。