[論文レビュー] Implications of right-handed neutrinos with electroweak-scale masses

P. Q. Hung|ArXiv.org|Jun 19, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、電弱スケール（M_R ~ 90–246 GeV）における右手型ニュートリノ（ν_R）を伴うスイマス機構を提案する。ここでν_Rは、スタンダードモデル（SM）の単位表現ではなく、SU(2)_L ダブルレットとして変換され、電弱荷を持つため、加速器で直接生成可能である。真性不活性モデルとは異なり、これらのν_R状態はW±ボソンの交換を通じてレプトン数破れ過程（例：同符号ダブルレプトンイベント）を媒介し、LHCおよびILCでの直接実験的検出を可能にする。

ABSTRACT

The possibility of constructing a model in which right-handed neutrinos have electroweak-scale masses as well as being {\em non-sterile} was espoused in Ref. 1. In this talk, I will review the ideas and results of Ref. 1 and discuss its implications for colliders such as the Tevatron, LHC and ILC.

研究の動機と目的

• 電弱スケールの質量を持つ右手型ニュートリノが、重く不活性なν_Rを伴う標準的でないスイマス機構の代替として成立可能かどうかを検討すること。
• ν_Rが直接生成可能なほど重すぎる場合に、レプトン数破れおよびマヨラナ性のニュートリノをどのように探査するかという課題に対処すること。
• 同符号ダブルレプトンイベントや欠落エネルギーなどの加速器サーベイのシグネチャを通じて、右手型ニュートリノ系に実験的アクセスを可能にすること。
• ν_RがSM単位表現でないモデルを構築し、ZおよびWボソンと結合させることで、加速器での直接生成と崩壊を可能にすること。

提案手法

• 右手型ニュートリノを SU(2)_L ダブルレット（l_R^M = (ν_R, e_R^M)^T）として導入し、SM単位表現としての性質を破り、ZおよびWボソンと結合可能にする。
• マヨラナ質量項（ℒ_M = M_R ν_R^T σ_2 ν_R）とディラック質量項（ℒ_D = g_L l_L^† φ ν_R + H.c.）を含むスイマス機構を実装し、M_Rを電弱スケールに調整する。
• 4×4ニュートリノ質量行列の対角化により質量固有状態と混合を導出し、最も軽い固有状態が観測されたニュートリノ質量（~eVスケール）と一致することを保証する。
• Zボソンの融合によるν_R対生成断面積を計算（q + q̄ → Z → ν_R + ν_R）、非単位表現ゆえに断面積が抑制されない。
• ν_R → l_R^M ± + W∓ などの崩壊モードを分析し、ν_R ν_R → l_L^∓ l_L^∓ + W± W± + 欠落エネルギー（ϕ_S）のようなレプトン数破れ過程を可能にする。
• 加速器シグネチャを評価し、長寿命なミラーフェルミオンによるずらし頂点や、O(α_W²)のオーダーで信号振幅より小さい背景（例：W±W±W∓W∾ + 欠落エネルギー）の抑制を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱スケールの質量を持つ右手型ニュートリノが非不活性であり、かつスイマス機構によって観測された小さなニュートリノ質量を再現可能か？
• RQ2 右手型ニュートリノがSM単位表現ではなくSU(2)_L ダブルレットである場合、電弱スケールのν_Rの加速器シグネチャは何か？
• RQ3 電弱スケールのν_Rが崩壊することで、LHCまたはILCでレプトン数破れ過程（例：同符号ダブルレプトンイベント）が観測可能か？
• RQ4 ν_Rが非単位表現であることが、不活性ν_Rモデルと比較して生成および崩壊断面積にどのように影響するか？
• RQ5 真空安定性およびスカラー系の質量が、このモデルにおけるフェルミオン質量にどのような制約を課えるか？

主な発見

• M_Z/2 < M_R < Λ_EW（すなわち、~90–246 GeV）の範囲にあるマヨラナ質量を持つ右手型ニュートリノは、GUTスケールの質量を必要とせず、実現可能である。
• SU(2)_L ダブルレットとしての非不活性ν_Rは、ZおよびWボソンと直接結合し、q + q̄ → Z → ν_R + ν_R による非抑制的対生成を可能にする。
• ν_R → l_R^M ± + W∓ の崩壊は、ν_R ν_R → l_L^∓ l_L^∓ + W± W± + 欠落エネルギー（ϕ_S）のようなレプトン数破れ過程を可能にし、特徴的な同符号ダブルレプトンシグネチャを生成する。
• W±W±W∓W∾ + 欠落エネルギーのような背景は、振幅においてO(α_W²)で抑制されるため、信号が観測可能になる可能性がある。
• 電荷を持つミラーフェルミオン（l_R^M）は、SMレプトンと欠落エネルギー（ϕ_S）に崩壊可能であり、加速器での追加の探索チャネルを提供する。
• このモデルでは、真空安定性を介してトリプレットヒッグス（χ̃, ξ）の質量とフェルミオン質量が関連づけられ、統一されたスカラー・フェルミオン質量スペクトルが示唆される。