[論文レビュー] Gauged $L_\mu$-$L_ au$ Model with an Inverse Seesaw Mechanism for Neutrino Masses

Abhish Dev|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、逆スイッチ機構を介してミュオンの異常磁気モーメントと左ラダー・ニュートリノの小さな質量を同時に説明する、GL−R × U(1)Lμ−Lτゲージ対称性を持つモデルを提案する。U(1)Lμ−Lτの自発的対称性の破れにより、∆aμに寄与する重いZμτゲージボソンが生成されるとともに、ニュートリノ質量行列にタイプ-Cの二重ゼロテクスチャーが生じ、現在の実験的データと整合するCP違反位相およびニュートリノ質量の高精度な予測が得られる。

ABSTRACT

In this paper, we propose a $G_{L-R} imes U(1)_{L_\mu-L_ au}$ gauge-symmetric model where $G_{L-R}$ is the left-right gauge symmetry and $L_i$ is the $i-$flavor lepton number. We use the spontaneous breaking (SSB) of $U(1)_{L_\mu-L_ au}$ to explain two discrepancies in the standard model: muon anomalous magnetic moment and light neutrinos and its oscillations. The massive neutral gauge boson, $Z_{\mu au}$, arising from the SSB can provide additional contributions to the muon anomalous magnetic moment. In order to explain neutrino masses, we employ the low-energy inverse seesaw mechanism by adding three $G_{L-R}$ singlet fermions, $S_{e,\mu, au}$. The light neutrino mass matrix from the inverse seesaw formula has a specific two-zero texture pattern referred in the literature as the Type-C two-zero texture due to the $U(1)_{L_\mu-L_ au}$ symmetry. This allows us to predict the values of the CP-violating Dirac phase, Majorana phases, and the absolute value of light neutrino masses in terms of the precisely measured mixing angles and mass squared differences. The model accommodates a quasi-degenerate spectrum of neutrino masses with inverted ordering. The calculated best-fit value of $\delta_{CP}$ surprisingly matches with the current experimentally measured best-fit value of $\delta_{CP}$. At $1\sigma$, the measured value of $\delta_{CP}$ favors a $ heta_{23}>\pi/4$. At $1\sigma$, most of the parameter space is within the cosmological bound on the sum of neutrino mass and the bound on the effective Majorana mass from neutrinoless beta decay.

研究の動機と目的

• 標準模型を越えて長年のミュオンの異常磁気モーメントの乖離（∆aμ）を解消すること。
• 低エネルギーのスイッチ機構を用いて左ラダー・ニュートリノの小さな質量とその振動パラメータを説明すること。
• µ−τ対称性の破れとニュートリノ質量生成を、一つのゲージ対称性フレームワーク内で統一的に説明すること。
• 対称性によって強制されるテクスチャー・パターンを用いて、自由パラメータを最小限に抑えたCP違反位相および絶対的ニュートリノ質量の予測を行うこと。
• 宇宙論的制約（ニュートリノ質量和）および無ニュートリノ二重ベータ崩壊からの有効マヨラナ質量に対して、モデルの妥当性を検証すること。

提案手法

• 左対称ゲージ群GL−R × U(1)Lμ−Lτを導入し、Lμ−Lτ荷重を持つヒッグス場によるU(1)Lμ−Lτの自発的対称性の破れを実装する。
• U(1)Lμ−Lτの自発的対称性の破れにより、質量を持つ中性ゲージボソンZμτが生成され、これがミュオンの異常磁気モーメントに寄与する。
• 3つのGL−Rシングレットフェルミオン（Se,µ,τ）を追加することで逆スイッチ機構を実装し、軽いニュートリノ質量行列がmν ≈ mT_D (mT_N)^{-1} μ mN mDの形で得られる。
• U(1)Lμ−Lτ対称性がニュートリノ質量行列に特定の二重ゼロテクスチャー（タイプ-C）を強制し、混合パラメータの構造を制限する。
• 測定済みの混合角および質量平方差を入力として、δCP、マヨラナ位相、絶対的ニュートリノ質量の予測を導出する。
• ∆aμ、ニュートリノ振動パラメータ、宇宙論的制約を含む実験データのグローバルフィットを通じて、パrameter空間を制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 逆スイッチ機構を有するU(1)Lμ−Lτゲージモデルは、ミュオンg−2の異常と小さなニュートリノ質量の両方を同時に説明できるか？
• RQ2 U(1)Lμ−Lτ対称性がニュートリノ質量行列のテクスチャーに与える影響は何か？また、CP違反位相にどのような制約を及えるか？
• RQ3 このモデルは特定のニュートリノ質量順序を予測するか？また、宇宙論的および無ニュートリノ二重ベータ崩壊の制約と整合するか？
• RQ4 δCPの予測値はθ23のオクタントにどれほど敏感か？現在の実験的最適適合値と整合するか？
• RQ5 Zμτボソンが、ミュオンg−2の乖離を説明するために必要な12–800 GeVの質量範囲に収まるか？

主な発見

• CP違反ディラック位相δCPの最適適合値がδCP ≈ −1.2と予測され、これは現在のグローバルフィットによる実験的最適適合値と驚くほど一致する。
• 99%信頼水準（1σ）で、θ23 > π/4が支持され、大気混合角の高いオクタントを示唆する。
• ニュートリノ質量スペクトルは準縮退的で反転順序に制限され、U(1)Lμ−Lτ対称性によって強制されるタイプ-Cの二重ゼロテクスチャーと整合する。
• 絶対的ニュートリノ質量スケールは0.05–0.1 eVの範囲に予測され、ニュートリノ質量和の宇宙論的制約内に収まる。
• 無ニュートリノ二重ベータ崩壊の有効マヨラナ質量は0.02 eV未満に予測され、現在の実験的制約と整合する。
• Zμτゲージボソンの質量は、ミュオンg−2の異常を説明するために12–800 GeVの範囲に制限され、レプトンおよびハドロン衝突加速器からの制約を回避するカップリングを持つ。