[論文レビュー] Effects of fermionic singlet neutrinos on high- and low-energy observables

C. Weiland|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、フェルミオン的シングレットニュートリノが逆カスプモデル内に与える影響を調査し、自然なヤコビ係数結合（$\mathcal{O}(1)$）とLHCで観測可能な新しい物理スケールが、非ゼロのニュートリノ質量を説明できることを提唱している。主な結果として、$R_K$ および $R_\pi$ の比がモデルに対する新たな制約をもたらすことが示され、超対称的拡張によりヒッグスおよび $Z^0$ ピンガルダイアグラムを介したレプトンフラバー違反が強化される。また、不活性ニュートリノは、軽いCP反対称ヒッグスボソンに対する制約を緩和する。

ABSTRACT

In this doctoral thesis, we study both low- and high-energy observables related to massive neutrinos. Neutrino oscillations have provided indisputable evidence in favour of non-zero neutrino masses and mixings. However, the original formulation of the Standard Model cannot account for these observations, which calls for the introduction of new Physics. Among many possibilities, we focus here on the inverse seesaw, a neutrino mass generation mechanism in which the Standard Model is extended with fermionic gauge singlets. This model offers an attractive alternative to the usual seesaw realisations since it can potentially have natural Yukawa couplings ($\mathcal{O}(1)$) while keeping the new Physics scale at energies within reach of the LHC. Among the many possible effects, this scenario can lead to deviations from lepton flavour universality. We have investigated these signatures and found that the ratios $R_K$ and $R_π$ provide new, additional constraints on the inverse seesaw. We have also considered the embedding of the inverse seesaw in supersymmetric models. This leads to increased rates for various lepton flavour violating processes, due to enhanced contributions from penguin diagrams mediated by the Higgs and $Z^0$ bosons. Finally, we also found that the new invisible decay channels associated with the sterile neutrinos present in the supersymmetric inverse seesaw could significantly weaken the constraints on the mass and couplings of a light CP-odd Higgs boson.

研究の動機と目的

• 標準模型が非ゼロのニュートリノ質量および混合を説明できないという問題を、ゲージシングレットフェルミオンを用いた拡張によって解決すること。
• 自然なヤコビ係数結合（$\mathcal{O}(1)$）と観測可能な新しい物理スケールを有する、従来のカスプモデルの代替としての逆カスプメカニズムを検討すること。
• レプトンフラバー則の破れに関する偏差と、高エネルギーおよび低エネルギーの観測量におけるその効果的兆候を調査すること。
• 逆カスプモデルを超対称的モデルに埋め込む方法と、それによるレプトンフラバー違反過程への影響を研究すること。
• 超対称的逆カスプモデルにおける不活性ニュートリノが、軽いCP反対称ヒッグスボソンに対する制約に与える影響を評価すること。

提案手法

• フェルミオン的ゲージシングレットを標準模型に追加し、逆カスプメカニズムを用いて小さなニュートリノ質量を生成する。
• レプトンフラバー則の破れを調べるため、$R_K$ や $R_\pi$ のような低エネルギー観測量を分析する。
• 超対称的拡張においてヒッグスおよび $Z^0$ が媒介するピンガルダイアグラムの寄与を評価し、レプトンフラバー違反過程の増幅を検証する。
• 超対称的逆カスプフレームワーク内での不活性ニュートリノ状態に起因するヒッグスボソンの非可視崩壊幅を計算する。
• 有効場理論的手法を用いて、精度測定からのモデルパラメータの制約を導出する。
• 加速器およびフラバー実験からの現象的制約を用いて、ヤコビ係数結合、ニュートリノ質量、ヒッグス結合を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 逆カスプメカニズムにおけるフェルミオン的シングレットニュートリノは、$R_K$ や $R_\pi$ といった低エネルギー観測量にどのように影響を与えるか？
• RQ2 逆カスプモデルにおける $\mathcal{O}(1)$ のヤコビ係数結合は、レプトンフラバー則の破れにどの程度の顕著な偏差を引き起こすか？
• RQ3 逆カスプモデルの超対称的拡張は、ピンガルダイアグラムを介してどのようにレプトンフラバー違反過程の断面積を増幅させるか？
• RQ4 超対称的モデルにおける不活性ニュートリノは、軽いCP反対称ヒッグスボソンの物性にどのような役割を果たすか？
• RQ5 超対称的逆カスプモデルにおける新しい非可視崩壊チャネルの存在は、CP反対称ヒッグスボソンの質量および結合に対する既存の制約を緩和できるか？

主な発見

• $R_K$ および $R_\pi$ の比は、逆カスプモデルのパラメータ空間に対する新たな追加的制約を提供する。
• 超対称的拡張を施した逆カスプモデルでは、ヒッグスおよび $Z^0$ ピンガルダイアグラムによる寄与が支配的となり、レプトンフラバー違反過程の断面積が顕著に増幅される。
• 超対称的逆カスプモデルにおける不活性ニュートリノの存在は、ヒッグスボソンの新しい非可視崩壊チャネルを開放し、観測される信号強度を低下させる。
• これらの新しい崩壊チャネルは、モデル内における軽いCP反対称ヒッグスボソンの質量および結合に対する制約を顕著に緩和する。
• 逆カスプメカニズムにより、$\mathcal{O}(1)$ の自然なヤコビ係数結合を維持しつつ、新しい物理スケールをLHCの範囲内に保つことが可能である。
• このモデルは、実験的にテスト可能なフラバー違反過程およびヒッグス物性の兆候を伴い、非ゼロのニュートリノ質量を説明する有効なフレームワークを提供する。