[論文レビュー] Leptonic asymmetry of the sterile neutrino hadronic decays in the nuMSM

V. Gorkavenko, I. Rudenok+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 25, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、電弱スケールよりもはるかに低い温度におけるνMSMにおいて、保存ニュートリノのハドロン崩壊を通じたレプトン非対称性生成を調査し、保存ニュートリノ質量が1.4 GeVから2 GeVの範囲にいる場合に注目している。計算の結果、ダークマター生成に十分な非対称性を生成できるのは、ニュートリノ質量階層が正順序（normal hierarchy）の場合に限られ、ヤコビ・カップリングおよび質量差の制約は実験的制限と宇宙論的条件に依存していることが判明した。

ABSTRACT

We consider the leptonic asymmetry generation in the nuMSM via hadronic decays of sterile neutrinos at T<

研究の動機と目的

• T ≪ T_EWにおけるνMSMにおいて、保存ニュートリノのハドロン崩壊がダークマター生成に十分なレプトン非対称性を生成できるかどうかを特定すること。
• 十分なレプトン非対称性（|Δ| ≈ 10⁻³から2/11）と宇宙論的凍結条件を満たすという要請に基づき、νMSMのパラメータ空間を制約すること。
• 非ゼロのθ₁₃混合角がダークマター生成の許容可能なパラメータ空間に与える影響を検討すること。
• 現在の実験的制限と理論的制約を考慮した場合、質量が2 GeVまでの保存ニュートリノが実際に実現可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 3つの右手性保存ニュートリノとメジャナ型質量行列を含むνMSMラグランジアンに基づく形式的枠組み。
• より重い保存ニュートリノがハドロン最終状態に崩壊する過程の振幅を用いて、レプトン非対称性Δ = (n_L - n_L̄)/(n_L + n_L̄)を計算する。
• 計算を簡略化するために、零温度近似を用い、背景効果を無視する。
• 活性ニュートリノ質量行列のパラメータと混合角（θ₁₃を含む）を用いてヤコビカップリングをパラメータ化する。
• パイオン崩壊の制限（M > m_π）および2 GeVを超える領域での直接探索の欠如に基づく制約を適用する。
• 未知の位相の最大化を経て、許容可能なパラメータ空間の上限を推定するため、2種類の解（A/B）における非対称性の数値的評価を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T ≪ T_EWにおける保存ニュートリノのハドロン崩壊は、νMSMにおいてダークマター生成を説明するのに十分なレプトン非対称性を生成できるか？
• RQ2 非対称性が|Δ| ≈ 10⁻³から2/11の範囲に収まるようにするため、保存ニュートリノ質量およびヤコビカップリングに課される制約は何か？
• RQ3 非ゼロのθ₁₃混合角を含めた場合、ダークマター生成の許容可能なパラメータ空間にどのような影響を与えるか？
• RQ4 観測された非対称性と宇宙論的凍結条件を考慮した場合、正順序か逆順序のどちらのニュートリノ質量階層がより整合性を持つか？
• RQ5 現在の実験的制限（例：NuTeV、CHARM）によって、M < 2 GeVの保存ニュートリノが十分に除外されたり検出されたりする可能性はどの程度か？

主な発見

• 必要なレプトン非対称性（|Δ| ≈ 10⁻³から2/11）を生成できるのは、正順序のニュートリノ質量階層の場合に限られる。
• 非対称性と非平衡崩壊条件の両方を満たすためには、保存ニュートリノ質量が狭い範囲1.4 GeV ≲ M < 2 GeVに限定される必要がある。
• 正順序の場合、θ₁₃が18°まで変動しても、許容可能なパラメータ空間にほとんど影響せず、わずかなずれにとどまる。
• 逆順序の場合、θ₁₃ = 0のときにはダークマター生成のための許容可能なパラメータ空間は存在せず、非ゼロのθ₁₃では完全に消滅する。
• タイプA解ではlog₁₀[(Θ⁺Θ)₂₂] ≈ -7.91から-8.41、タイプB解では-7.98から-8.35に制限され、ヤコビカップリングの組み合わせにきびしい制約が課されている。
• 外挿により、M > 2 GeVでは逆順序の場合でも、実現可能なダークマター生成が可能になる可能性があるが、これはモデルの現在の有効範囲外にある。