[論文レビュー] Classical running of neutrino masses from six dimensions

Emilian Dudaş, Christophe Grojean+1 more|ArXiv.org|Oct 31, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 39被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、3-brane 上のアクティブニュートリノがバルクに存在するワイルフェルミオン（不活性ニュートリノ）とブレーン局在型ディラク項によって質量を得る6次元モデルを提案する。このモデルは、ブレーン厚さに起因する対数的UV発散と関連した古典的ランギングを示し、カルツァ＝クラインスケールを超えるエネルギー領域でニュートリノ質量がエネルギー依存的に増大する。これは新しいSM荷を持つ粒子を導入しない。このランギング効果は、GeVスケールにおけるゼロニュートリノ双ベータ崩壊の行列要素を強化する可能性がある。

ABSTRACT

We discuss a six dimensional mass generation for the neutrinos. Active neutrinos live on a three-brane and interact via a brane localized mass term with a bulk six-dimensional standard model singlet (sterile) Weyl fermion, the two dimensions being transverse to the three-brane. We derive the physical neutrino mass spectrum and show that the active neutrino mass and Kaluza-Klein masses have a logarithmic cutoff divergence related to the zero-size limit of the three-brane in the transverse space. This translates into a renormalisation group running of the neutrino masses above the Kaluza-Klein compactification scale coming from classical effects, without any new non-singlet particles in the spectrum. For compact radii in the eV--MeV range, relevant for neutrino physics, this scenario predicts running neutrino masses which could affect, in particular, neutrinoless double beta decay experiments.

研究の動機と目的

• 6次元時空における余剰次元がT²/Z₂オルビフォールド上でコンパクト化されたモデルにおけるニュートリノ質量生成を調査すること。
• 高次元場の理論におけるブレーン局在質量項から生じる量子的および古典的発散の性質を理解すること。
• ニュートリノ質量が量子ループではなく古典的効果によってエネルギー依存的にラングする理由を示すこと。
• UVカットオフの依存性をニュートリノ無双ベータ崩壊などの物理的観測量に関連付けること。
• このランギング効果が、4次元の見せかけのスケール機構とは異なり、新しいSM荷を持つ粒子を導入しないで生じることを示すこと。

提案手法

• SMアクティブニュートリノとブレーン局在型ディラク質量項で結合するバルクワイルフェルミオン（不活性ニュートリノ）を有する6次元有効場の理論を構築する。
• KK基底における無限大のカルツァ＝クライン質量行列を対角化し、物理的ニュートリノ質量を抽出する。
• オルビフォールド射影とブレーン局在型演算子によって課される境界条件のもとで、バルクフェルミオンの運動方程式を解く。
• UVカットオフをブレーン厚さの逆数として特定し、物理的質量との対数的依存性を示す。
• 非オーバーラップ解析を用いて、カットオフ依存性をブレーン局在質量項の古典的ランギング群の走破として解釈する。
• バルク場にメジャノワ質量項を導入してレプトン数を明示的に破る場合にも、同じ形式を適用し、物理的質量スペクトルを計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブレーン局在質量項を有する6次元モデルにおけるニュートリノ質量はどのように振る舞うか？
• RQ2 このようなモデルにおける物理的ニュートリノ質量スペクトルに現れるUV発散の起源は何か？
• RQ3 カットオフ依存性をカルツァ＝クラインスケールを超える領域でニュートリノ質量の古典的ランギングとして解釈できるか？
• RQ4 バルクにメジャノワ質量項を導入してレプトン数を明示的に破った場合でも、このランギング効果は維持されるか？
• RQ5 この古典的ランギングは、特にゼロニュートリノ双ベータ崩壊において実験的に探査可能か？

主な発見

• 物理的ニュートリノ質量およびカルツァ＝クラインモードは、UVカットオフΛとコンパクト化半径Rに比例する対数的UV発散 log(ΛR) を示す。
• この発散はブレーンの厚さゼロ極限に起因し、ブレーン局在質量項の古典的ランギング群の走破と同等である。
• カルツァ＝クラインスケールR⁻¹を超えるエネルギー領域では、ランギングが有効ニュートリノ質量を増大させ、エネルギーに比例して対数的に増大する。
• eV〜MeVスケールのコンパクト化半径では、GeVエネルギー領域でこのランギング効果が顕著となり、ゼロニュートリノ双ベータ崩壊の行列要素が強化される可能性がある。
• この効果は完全に古典的であり、新しいSM荷を持つ粒子を必要とせず、標準的見せかけのスケール機構とは明確に区別される。
• スカラーおよびフェルミオン系においても同様の質量行列構造が現れ、6Dオルビフォールドモデルにおける発散機構の普遍性を確認する。