[論文レビュー] Color Octet Leptogenesis

M. Losada, Sean Tulin|ArXiv.org|Sep 3, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、新しい色八重項フェルミオンとスカラーの1ループニュートリノ質量モデルにおいて、低スケールのレプトン生成を実現するメカニズムを提案している。CP非対称性はニュートリノ質量によって制約されず、大きな値を取り得る。レプトン数不変性の破れを示唆するμ→eγの過程からの制約が、CP非対称性を強く制限し、その実現可能性には八重項スケールがTeV領域に近い必要がある。一方、ゲージ相互作用は熱的生成を強化し、LHCでの検出可能性を高める。

ABSTRACT

We study the implications for generating the cosmological baryon asymmetry through leptogenesis in the recent model of Fileviez Perez and Wise, which provides a new mechanism for generating neutrino masses at one-loop by introducing new color octet fermion and scalar fields. We find that there are significant differences with respect to other models for leptogenesis: low scale leptogenesis can occur naturally and the CP asymmetry can be large as there is no upper bound arising from neutrino masses. The CP asymmetry is insensitive to the phases in the neutrino mixing matrix. We investigate in detail the minimal model that can simultaneously fit low scale neutrino physics, the $μ o e γ$ bound and leptogenesis. The model can provide outstanding collider signatures and the value of the CP-asymmetry can be more constrained from lepton flavour violating processes than from neutrino physics.

研究の動機と目的

• フィルビエズ・ペレズとヴァイスのモデルにおけるレプトン生成を検討し、新規の色八重項フェルミオンとスカラーを介して1ループでメジャノウネルトロニクス質量が生成されるメカニズムを提示する。
• 小さなニュートリノ質量による制約がないことを踏まえ、この枠組みにおいて低スケールのレプトン生成が実現可能かどうかを特定する。
• 特にμ→eγを含むレプトン数不変性の破れ過程が、CP非対称性の許容されるパラメータ空間に与える影響を評価する。
• 熱的平衡状態においても、レプトン非対称性が保持される理由として、強いSU(3)ゲージ相互作用の果たす役割を評価する。
• 最小モデルにおけるコライダーの特徴的な署名と電弱精度観測量からの制約を同定する。

提案手法

• モデルは、SU(3)_c下で8表現をなす新しいSU(3)色八重項フェルミオンFとスカラーSを導入し、レプトンダブルットLiおよびSとの間にヤコビ型カップリングy_{iab}を導入する。
• レプトン生成は2体崩壊F_1 → S ℓ_i によって駆動され、CP非対称性ε_{F_1}は、木図と1ループ自己エネルギー図の干渉から計算される。
• CP非対称性は、ヤコビ型カップリングの積の虚部に比例する：ε_{F_1} ∝ Im[(y_1 y_2^*)^2] であり、ニュートリノ混合位相とは独立している。
• パラメータスキャンを用いて、ε_{F_1}とBr(μ→eγ)の関係を評価し、実験的制約（≤1.2×10^{-11}）を適用する。
• 有効性係数ηは数値的に計算されていないが、強いゲージ相互作用が過剰なウォッシュアウトを防ぎつつ熱的平衡を維持するため、ηはO(1)とされる。
• ニュートリノ質量行列における非対角成分λ_{bc}を用いて、レプトン数不変性の破れを抑制しつつも、大きなCP非対称性を維持できるように、N_F=2、N_S=3の拡張モデルを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 色八重項モデルにおいて、小さなニュートリノ質量による制約がない場合、電弱スケールで大きなCP非対称性を実現できるか？
• RQ2 μ→eγの実験的制約は、このモデルにおけるCP非対称性ε_{F_1}の大きさにどのように制約を加えるか？
• RQ3 強いSU(3)ゲージ相互作用は、熱的平衡状態においても過剰なウォッシュアウトを防ぎ、レプトン非対称性を維持できるか？
• RQ4 モデルの拡張により、レプトン数不変性の破れを抑制しつつも、大きなCP非対称性を達成できるか？
• RQ5 最小色八重項レプトン生成モデルにおける主なコライダー署名と精度観測量からの制約は何か？

主な発見

• 色八重項モデルにおけるCP非対称性ε_{F_1}は、ニュートリノ質量によって制約されず、電弱スケールでも大きな値を取り得る。
• CP非対称性はニュートリノ混合行列のCP破れ位相に依存せず、低エネルギーでのニュートリノ観測量とは独立している。
• μ→eγの崩壊分岐比は、ニュートリノ物理学よりもCP非対称性ε_{F_1}に対するより強い制約をもたらし、Br(μ→eγ) ≤ 1.2×10^{-11} を要請する。
• パラメータ空間が実現可能であるためには、μ→eγの制約を満たすために八重項質量が数TeV以上である必要がある。ただし、レプトン数不変性の破れを抑制するモデル拡張が行われない限り、そのような条件が必要となる。
• 強いSU(3)ゲージ相互作用により、ηはO(1)と予想される。これは、過剰なウォッシュアウトを防ぎつつ熱的平衡を維持するためである。
• モデルは、F粒子対生成と崩壊による同一電荷の二レプトン最終状態を含む特徴的なLHC署名を提供し、検出可能性が向上する。