[論文レビュー] Effects of non-standard neutrino interactions on MSW-LMA solution

M. M. Guzzo, P. C. de Holanda+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2004

Neutrino Physics Research被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、0.1–0.2 G_F のオーダーのフラバー不変則性のないニュートリノ相互作用（NSIs）が、フラバー変換を伴わない場合でも、地球内での電子ニュートリノ再生を抑制し、太陽の共鳴層をずらす可能性を調査している。これらの効果により、Δm² ~ 10⁻⁵ eV² および tan²θ ≈ 0.45 の新しい適合領域—いわゆる非常に低エネルギー大混合角（vLMA）領域—が生じ、太陽ニュートリノと KamLAND のデータを一致させることを可能にする。

ABSTRACT

We show that the non-standard neutrino interactions can play a role as sub-leading effect on the determination of solar neutrino parameters. We observe that very small flavor universality violations of order of 0.1-0.2 G_F is sufficient to induce two phenomena: suppression of the eletronic neutrino earth regeneration and a shift of the resonance layer in the sun. We obtain these phenomena even in the absence of any flavor changing interactions. We discuss their consequences and confront with a global analysis of solar+KamLAND results. We conclude that a new compatibility region in the Delta m^2 x tan^2\ heta, which we call very low Large Mixing Angle region, is found for Delta m^2 ~ 1e-5 eV^2 and tan^2\ heta= 0.45.

研究の動機と目的

• MSW-LMA フレームワーク内での非標準的ニュートリノ相互作用（NSIs）が太陽ニュートリノパラメータに与える影響を評価すること。
• 小さなフラバー不変則性のない破れ（0.1–0.2 G_F）が、フラバー変換を伴わない場合でも、太陽ニュートリノ振動に測定可能な効果を及ぼすかどうかを調査すること。
• NSI効果を太陽+KamLAND のグローバルデータと照合することで、Δm² × tan²θ パラメータ空間における新しい適合領域を同定すること。
• NSIsが地球内での電子ニュートリノ再生および太陽の共鳴層位置に与える影響を検討すること。

提案手法

• フラバー不変則性のない効果的4フェルミオン相互作用を用いて非標準的ニュートリノ相互作用をモデル化すること。
• 太陽内および地球通過時のニュートリノ生存確率を計算し、MSW共鳴変換にNSI効果を組み込むこと。
• 標準的な MSW-LMA 振動フレームワークを用いるが、物質中の有効ハミルトニアンを変更するための小さなNSIカップリングを導入すること。
• NSIパラメータを制約し、新しい許容領域を同定するために、太陽およびKamLANDのデータにグローバルフィットを実行すること。
• 物質ポテンシャルへのNSI由来の修正が引き起こす共鳴層のずれおよび電子ニュートリノ再生の抑制を分析すること。
• 数値シミュレーションを用いて、MSW-LMA 解に対する小さなNSI寄与の感受性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小さなフラバー不変則性のない破れ（0.1–0.2 G_F）を持つ非標準的ニュートリノ相互作用が、太陽ニュートリノのMSW-LMA 解を変えることができるか？
• RQ2 NSIsは地球内での電子ニュートリノ再生にどのような影響を及ぼし、その抑制は観測データで検出可能か？
• RQ3 フラバー変換を伴わない場合でも、NSIsは太陽内のMSW共鳴層の位置をずらすか？
• RQ4 NSIsを含めた太陽+KamLAND データへのグローバルフィットにおいて、Δm² × tan²θ 平面上にどのような新しい適合領域が出現するか？
• RQ5 NSI効果下で太陽およびKamLANDの両方のデータを満たす、非常に低エネルギー大混合角（vLMA）と呼ばれる妥当なパラメータ領域が存在するか？

主な発見

• フラバー不変則性のない破れが 0.1–0.2 G_F のオーダーの非標準的ニュートリノ相互作用（NSIs）は、地球内での電子ニュートリノ再生を抑制することが十分である。
• これらのNSI効果は、フラバー変換を伴わない場合でも、太陽のMSW共鳴層に測定可能なずれを引き起こす。
• 新しい適合領域—いわゆる非常に低エネルギー大混合角（vLMA）領域—が、Δm² ~ 1×10⁻⁵ eV² および tan²θ ≈ 0.45 で同定された。
• vLMA 領域は、太陽およびKamLANDのデータにグローバルフィットした結果として出現し、NSIsを含めた場合に適合性が向上していることを示している。
• 小さなNSIカップリング下でも、電子ニュートリノ再生の抑制および共鳴層のずれは、標準的なLMA解の代替として頑健に成立する。
• 結果から、NSIsは大きな新しい物理スケールを必要とせずに、太陽ニュートリノデータの微細なずれを説明できる可能性がある。