[論文レビュー] Lepton masses, mixings and FCNC in a minimal S_3-invariant extension of the Standard Model

Antonio Mondragon, M. C. Mondragon+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、フラーバー対称性を通じてレプトン質量と混合を統一する、標準模型の最小限の S₃×Z₂ 対称的拡張を提示する。PMNS行列、混合角、メジャノウス位相の解析的表現を、電磁レプトンおよびニュートリノ質量の関数として導出する。結果として得られるニュートリノ混合はほぼ三重大半面的であり、フラーバー変換型中性荷電現在（FCNC）は質量階層とヒッグス質量によって抑制され、実験的上限よりも数個桁も小さい分岐比を示す。

ABSTRACT

The mass matrices of the charged leptons and neutrinos, previously derived in a minimal S_3-invariant extension of the Standard Model, were reparametrized in terms of their eigenvalues. We obtained explicit, analytical expressions for all entries in the neutrino mixing matrix, V_PMNS, the neutrino mixing angles and the Majorana phases as functions of the masses of charged leptons and neutrinos in excellent agreement with the latest experimental values. The resulting V_PMNS matrix is very close to the tri-bimaximal form of the neutrino mixing matrix. We also derived explicit analytical expressions for the matrices of the Yukawa couplings and computed the branching ratios of some selected flavour changing neutral current processes as functions of the masses of the charged leptons and the neutral Higgs bosons. We find that the S_3 x Z_2 flavour symmetry and the strong mass hierarchy of the charged leptons strongly suppress the FCNC processes in the leptonic sector well below the present experimental upper bounds by many orders of magnitude.

研究の動機と目的

• 標準模型に、フラーバー対称性の下でヒッグス、クォーク、レプトン系を統一する最小限の S₃ 不変拡張を構築すること。
• 電磁レプトンおよびニュートリノ質量の関数として、PMNS混合行列、混合角、メジャノウス位相の解析的表現を導出すること。
• レプトン系におけるヤクバ係数行列を計算し、レプトン系における FCNC の分岐比を評価すること。
• S₃×Z₂ 対称性および電磁レプトン質量階層が、FCNC 現象を実験的限界以下に強く抑制することを示すこと。

提案手法

• 従来導出された電磁レプトンおよびニュートリノ質量行列を、それらの固有値の関数として再パrametrizeすること。
• S₃×Z₂ フラーバー対称性とシー・サウス機構を用いて、PMNS行列および混合角の解析的形を導出すること。
• ヒッグス真空期待値と質量階層に基づき、レプトン系におけるヤクバ係数行列を構築すること。
• 導出されたヤクバ係数行列とヒッグス質量を用いて、代表的な FCNC 現象の分岐比を計算すること。
• 質量比（me/mτ, μ/τ）および（mτ/MH）⁴ を含むパワー・カウンティングの議論を用いて、抑制要因を推定すること。
• 理論的 FCNC 分岐比を実験的上限と比較し、素粒子物理学的妥当性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 S₃×Z₂ フラーバー対称性および電磁レプトン質量階層は、PMNS混合行列の構造をどのように決定するか？
• RQ2 観測可能な質量の関数として、ニュートリノ混合角およびメジャノウス位相の解析的表現をどのように導出できるか？
• RQ3 モデルの対称性および質量階層によって、レプトン系におけるフラーバー変換型中性荷電現在（FCNC）過程はどの程度抑制されるか？
• RQ4 レプトン系におけるヤクバ係数行列は、観測された電磁レプトン質量階層をどのように反映するか？
• RQ5 主要な FCNC 現象の予測分岐比は何か？ そして、実験的限界と比較してどうなるか？

主な発見

• PMNS混合行列は三重大半面的形に極めて近く、混合角は最新の実験データと良好に一致する。
• 太陽系混合角 θ₁₂ は電磁レプトン質量にほとんど依存せず、一方 θ₁₃ および θ₂₃ は主に電磁レプトン質量階層に依存する。
• ニュートリノ質量スケーリングは逆階層であり、質量は |mν₁| = 0.055 eV、|mν₂| = 0.056 eV、|mν₃| = 0.022 eV である。
• このモデルは、1つのディラック位相 δ と2つのメジャノウス位相 α と β を予測し、これらはすべてニュートリノ質量と位相 φν に依存する。
• FCNC 現象の分岐比は、mₑ/mτ、mμ/mτ、および (mτ/MH)⁴ の累乗によって抑制され、現在の実験的上限よりも数個桁も小さい値を示す。
• 120 GeV の保守的ヒッグス質量でさえも、理論的 FCNC 率は実験的上限のずっと下にあり、強力な素粒子物理学的妥当性を示している。