[論文レビュー] Lepton number and lepton flavour violation in left-right symmetric theories

James Barry, Werner Rodejohann|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、TeVスケールでタイプIのシーイズが支配的である左対称モデルにおける無ニュートリノ二重ベータ崩壊を調査し、λ-図およびη-図の寄与を分析している。タイプIのシーイズが支配的である条件下で、これらの図が崩壊半減期を顕著に増大させるパラメータ領域を同定するとともに、レプトン数の保存が破れる現象を厳密に制約している。

ABSTRACT

The various diagrams leading to neutrinoless double beta decay in the left-right symmetric model have different relative magnitudes, depending on the scale of new physics. Neutrinos acquire mass from both type I and/or type II seesaw terms, making an unambiguous analysis difficult. We study the half-life for double beta decay in the case of type II and type I dominance, in the former case including interference terms. If the heavy neutrinos of the type I seesaw model are at the TeV scale, certain processes can be enhanced. In particular, there are regions of parameter space in which the so-called lambda- and eta-diagrams can give sizable contributions to the half-life for the decay. We perform a detailed study of one such scenario, paying careful attention to constraints from lepton flavour violation.

研究の動機と目的

• 左対称理論における無ニュートリノ二重ベータ崩壊に寄与するさまざまなフェニマン図（特にλ-図およびη-図）の相対的寄与を分析すること。
• TeVスケールでタイプIのシーイズが支配的である場合、無ニュートリノ二重ベータ崩壊の半減期に与える影響を調査すること。
• レプトン数の保存が破れる文脈において、タイプIとタイプIIのシーイズ機構の干渉効果を検討すること。
• μ→eγなどのレプトン数の保存が破れる過程における実験的制限を用いて、モデルのパラメータを制約すること。
• λ-図およびη-図が崩壊率に顕著な寄与を示す、妥当なパラメータ領域を同定すること

提案手法

• タイプIおよびタイプIIのシーイズ寄与を含む左対称モデルにおける無ニュートリノ二重ベータ崩壊の有効ハミルトニアンを構築すること。
• λ-図およびη-図による崩壊振幅への寄与を評価し、タイプIとタイプIIのシーイズ機構の干渉項を含めること。
• タイプIのシーイズが支配的であり、重いメジャノナニュートリノがTeVスケールにあると仮定して、軽いニュートリノ質量行列を計算すること。
• GIM機構およびGIMに類似した抑制を用いて、μ→eγなどのレプトン数の保存が破れる過程の大きさを推定すること。
• 特に軽いニュートリノと重いニュートリノの混合を制限するために、レプトン数の保存が破れる過程からの厳しい制約を適用すること。
• パラメータ空間における数値スキャンを実施し、λ-図およびη-図が崩壊振幅を支配する領域を同定すること

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 左対称モデルにおける無ニュートリノ二重ベータ崩壊の半減期に、λ-図およびη-図が果たす相対的寄与は何か？
• RQ2 タイプIとタイプIIのシーイズ機構の干渉項は、崩壊振幅および半減期にどのように影響を与えるか？
• RQ3 重いニュートリノがTeVスケールにある場合、λ-図およびη-図が崩壊振幅を支配するパラメータ空間の領域はどこか？
• RQ4 μ→eγなどのレプトン数の保存が破れる過程における実験的制限は、TeVスケールのタイプIのシーイズを持つ場合のモデルパラメータをどのように制約するか？
• RQ5 レプトン数の保存が破れる現象からの現実的な制約のもとで、λ-図およびη-図が半減期を顕著に増大させ得るか？

主な発見

• タイプIのシーイズがTeVスケールで支配的である場合、λ-図およびη-図は無ニュートリノ二重ベータ崩壊の半減期に顕著な寄与を示すことがある。
• 特定のパラメータ領域では、タイプIとタイプIIのシーイズ項の干渉が崩壊振幅を増幅させ、結果として半減期を短くする。
• 建設的干渉および寄与の増大により、標準的なタイプIIのシーイズのシナリオよりも半減期が顕著に短くなることがある。
• 特にμ→eγを含むレプトン数の保存が破れる過程からの制約が、軽いニュートリノと重いニュートリノの混合を強く制限し、有効なパラメータ空間を縮小する。
• これらの制約にもかかわらず、λ-図およびη-図が支配的であり、次世代の二重ベータ崩壊実験で観測可能な半減期をもたらすパラメータ領域が存在する。
• 重いニュートリノの質量スケールがTeVスケールに近く、混合が十分に抑制されていれば、現在の実験的制限のもとでもモデルは成立する