[論文レビュー] Leptogenesis from low energy CP violation in minimal left-right symmetric model

Xinyi Zhang|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2021

Neutrino Physics Research参考文献 59被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、最小左対称モデル（MLRSM）における熱的レプトゲネシスのメカニズムを提案する。低エネルギーにおけるレプトン混合行列のCP対称性破れ——特にディラック位相とマヨラナ位相——が、宇宙の観測されたバリオン非対称性を生成する唯一のCP対称性破れ源である。レプトンヤーコフ項における左対称性の破れなしの制約のもとで、ニュートリノのディラックカップリング行列は低エネルギーにおけるニュートリノパラメータによって完全に決定され、高スケールにおける任意の位相が排除される。ボルツマン方程式の数値的解法により、成功したレプトゲネシスが達成可能であることが確認され、一部のケースではディラックCP位相のみで十分である。このモデルの妥当性は、次世代のニュートリノ非双ベータ崩壊実験で検証可能である。

ABSTRACT

<strong>Parallel Contributed Talk</strong> at the<br> "XIX International Workshop on Neutrino Telescopes"<br> on line - 18-26 February, 2021

研究の動機と目的

• 低エネルギーにおけるレプトン混合行列のCP対称性破れが、追加の高スケールCP対称性破れ源なしに、宇宙の観測されたバリオン非対称性を生成できるかを調査すること。
• 左対称性が保たれる最小左対称モデル（MLRSM）における熱的レプトゲネシスにおいて、CP対称性破れ位相（ディラック位相およびマヨラナ位相）の役割を調査すること。
• 左対称性がレプトンヤーコフ項に保たれる場合、ニュートリノのディラックカップリング行列が低エネルギーにおけるニュートリノパラメータによって完全に固定可能かどうかを特定すること。
• 低エネルギーCP対称性破れ、成功したレプトゲネシス、およびニュートリノ非双ベータ崩壊実験によるモデルの探査可能性との相互作用を検討すること。
• タイプIおよびタイプIIのシーイズメカニズムが、重いニュートリノおよび左ヒッグストリプレットスカラーのCP対称性破れ崩壊を通じてバリオン非対称性を生成する可能性を評価すること。

提案手法

• レプトンヤーコフ項における左対称性の破れなしを課し、これを一般化されたパリティ（P）または電荷共役（C）として特定し、低エネルギーにおけるニュートリノ質量および混合角からニュートリノのディラックカップリング行列を完全に決定する。
• 重いニュートリノおよびレプトン非対称性密度の時間発展を追跡するため、ボルツマン方程式を用いた熱的でフラバー非依存のレプトゲネシス解析を実施する。
• レプトン非対称性の2つの異なる源を検討する：重い右ヒッグスニュートリノの崩壊および左ヒッグストリプレットスカラーの崩壊。
• タイプI、タイプII、または混合タイプI+IIのシーイズ支配のケースを含む、さまざまな質量スペクトルおよびCP位相設定におけるボルツマン方程式の数値的解法を実施する。
• ゲージボソン（W、Z、H）およびフェルミオン（トップクォーク、右ヒッグスニュートリノ）を含む2体崩壊および散乱過程からのレート密度を用い、縮小された断面積および熱的位相空間要因を組み込む。
• 重いニュートリノ質量スペクトルを mN2 = 2mN1、mN3 = 3mN1 に固定し、CP位相の影響を明確に分離する一方で、最も軽いニュートリノ質量およびCP位相を変化させ、観測されたバリオン非対称性を達成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低エネルギーにおけるレプトン混合行列のCP対称性破れが、最小左対称モデルにおいて観測されたバリオン非対称性を単独で生成できるか？
• RQ2 ニュートリノのディラックカップリング行列が低エネルギーパラメータによって完全に固定される状況で、ディラック位相およびマヨラナ位相が熱的レプトゲネシスの成功に果たす役割は何か？
• RQ3 左対称性が保たれる状況において、重い右ヒッグスニュートリノおよび左ヒッグストリプレットスカラーの崩壊がどのようにレプトン非対称性に寄与するか？
• RQ4 成功したレプトゲネシスが、とりわけ最も軽いニュートリノ質量およびCP位相に関連して、モデルの有効なパラメータ空間にどのような制約を課えるか？
• RQ5 低エネルギーCP対称性破れによるレプトゲネシスを説明する同じモデルが、近い将来のニュートリノ非双ベータ崩壊実験で検証可能か？

主な発見

• 低エネルギーにおけるCP対称性破れ——特にレプトン混合行列におけるディラック位相およびマヨラナ位相——は、最小左対称モデルにおいて、観測された宇宙のバリオン非対称性を成功裏に生成可能である。
• 一部のパラメータ領域では、ディラックCP位相のみで十分に必要なレプトン非対称性が生成され、高スケールにおける追加のCP対称性破れ位相は不要である。
• ボルツマン方程式の数値的解法により、観測されたバリオン非対称性（YB ≈ 8.72 × 10−11）が、さまざまなニュートリノ質量スペクトルおよびCP位相値の範囲で達成可能であることが確認された。
• 最も軽いニュートリノ質量が0.01 eVに固定されても、モデルは依然として妥当であり、CP位相および質量順序によってバリオン非対称性を調整可能である。
• 低エネルギーCP対称性破れ、レプトゲネシス、およびニュートリノ非双ベータ崩壊の相互作用から、成功したレプトゲネシスを説明する有効なモデルは、次世代のニュートリノ非双ベータ崩壊実験で探査可能である。
• 重いニュートリノ質量スペクトルは、非対称性生成のタイミングおよび大きさに顕著な影響を与えるが、CP位相が適切に調整されていれば、さまざまな階層的スペクトルにおいてもレプトゲネシスの成功は安定である。