[論文レビュー] Dark Matter, LFV and Neutrino Magnetic Moment in the Radiative Seesaw Model with Triplet Fermion

Wei Chao|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2012

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、三重項フェルミオンΣとZ₂対称性を備えた放射的シー・スコア・モデルを提案する。ここで、Σの最も軽い中性成分が、対称性によって安定化された2.594 TeVのダークマター候補である。モデルは1ループ図により微小なニュートリノ質量を生成し、レプトン数不変性の破れ（LFV）過程およびニュートリノの遷移磁気モーメントを予測する。また、LFV過程は現在および将来の実験によって制約され、磁気モーメントは現在の限界以下に保たれることが示される。

ABSTRACT

In this paper we work in the framework of a radiative seesaw model with triplet fermion $Σ$. Due to the $Z_2$ discrete flavor symmetry, the lightest neutral component of $Σ$ is stable and thus can be a dark matter candidate. Its mass can be solely determined by the dark matter relic abundance, which is bout 2.594 TeV. The model also predict a dark matter-nucleus scattering cross section that would be accessible with future dark matter direct detection searches. We further investigate constraints on the parameter space of the model from the lepton-flavor-violating processes and neutrino transition magnetic moments, induced by the Yukawa interaction of the $Σ$ with the left-handed lepton doublets.

研究の動機と目的

• フェルミオン三重項ΣとZ₂対称性を備えた放射的シー・スコア・モデルを検討し、ニュートリノ質量、ダークマター、およびレプトン数不変性の破れ（LFV）を同時に説明すること。
• ゲージ媒介散乱によるダークマターの残り滓密度とその直接検出断面積を決定すること。
• レプトン数不変性の破れ（LFV）過程およびニュートリノの遷移磁気モーメントを用いて、モデルのパラメータ空間を制約すること。
• LFVおよび磁気モーメントに関する現在および将来の実験的限界下でのモデルの妥当性を評価すること。

提案手法

• Z₂対称性の下でΣとΦのみが奇数である2つのY=0フェルミオン三重項Σ、1つの不活性ヒッグス二重項Φ、およびZ₂対称性を備えた放射的シー・スコア・モデルを導入する。
• Z₂対称性を用いて、Σの最も軽い中性成分を寒冷ダークマター候補として安定化する。
• ゲージ相互作用が散乱を支配すると仮定し、熱的凍結アウトによるダークマターの残り滓密度を計算し、2.594 TeVの質量が得られる。
• Σ⁰とΦ⁰の交換による1ループでのニュートリノ質量生成を導出し、質量行列をヤコビ係数とループ関数の形で表現する。
• Σと左巻きレプトン二重項とのヤコビ係数を用いて、レプトン数不変性の破れ過程（μ→eγおよびμ-e変換）を評価する。
• 同じヤコビ係数を用いて、1ループレベルでのニュートリノ遷移磁気モーメントを計算し、ループ積分から得られる形因子を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 このモデルにおけるダークマター候補Σ⁰の質量は何か？また、観測された残り滓密度のみから決定可能か？
• RQ2 レプトン数不変性の破れ過程（μ→eγおよびμ-e変換）は、モデル内のヤコビ係数をどのように制約するか？
• RQ3 このモデルが予測するニュートリノ遷移磁気モーメントの大きさは何か？現在の実験的限界と比較するとどうか？
• RQ4 このモデルは、1つの枠組み内でダークマターとニュートリノ質量の両方を説明可能であり、将来のLFVまたは直接検出実験によって検証可能か？

主な発見

• ダークマター候補Σ⁰の質量は約2.594 TeVであり、ゲージ媒介散乱による観測されたダークマター残り滓密度に適合させることで単独で決定される。
• モデルは、将来の直接検出実験で検出可能なダークマター-核子散乱断面積を予測する。
• 金、チタン、硫黄におけるμ→eγおよびμ-e変換のようなレプトン数不変性の破れ過程は、現在の実験的限界によって制約されており、特にμ→eγが最も強い制約を与える。
• ニュートリノ遷移磁気モーメントは約10⁻²³ μBのオーダーであり、現在の実験的上限（90%信頼区間で0.32×10⁻¹⁰ μB）よりも顕著に小さい。
• ν₃ → ν₂γの崩壊断面積は約10⁻⁶⁹ GeVと推定され、宇宙赤外背景への寄与は無視できるほど小さい。
• LFV過程、特にμ→eγによって、モデルのパラメータ空間はきびしく制約されており、将来のLFV実験が残りの妥当な領域を探索可能であると示唆される。