[論文レビュー] Light Sterile Neutrino Mass Matrix with Texture Zero and a Vanishing Mass

Newton Nath, Monojit Ghosh+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2015

Neutrino Physics Research参考文献 22被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、3+1のシナリオ—3つのアクティブなニュートリノにeVスケールの不活性ニュートリノを追加—における4×4ニュートリノ質量行列を提案する。この行列は1つのテクスチャーゼロと1つのゼロ質量を有する。これらの制約下で可能なすべての1ゼロテクスチャーを分析し、7つの物性論的に妥当なテクスチャーを同定した。これにより、不活性混合パラメータと有効なメジャノウラ質量の間の相関が明らかになり、短距離基準の振動および宇宙論的影響を示唆する。

ABSTRACT

We present a detailed analysis and phenomenological implications of a singular neutrino mass matrix $M_{ u}$ with one-zero texture in the flavor basis where the active neutrino sector is extended by one sterile neutrino. Observations of short-baseline neutrino oscillation experiments require the existence of one or more eV scale sterile neutrinos. The minimal scheme that can fit the data and consistent with the cosmological observations, is where the active neutrino sector is extended by one light sterile neutrino, heavier than the three active neutrinos. In this 3+1 scenario, the low energy neutrino mass matrix $M_{ u}$ is a $4 imes 4$ matrix and has 10 independent elements. Thus it can have 10 possible one-zero textures. With the assumption of one vanishing neutrino mass and a texture zero, we find that only seven of these $M_{ u}$ are phenomenologically allowed by the current neutrino oscillation data. We also study the correlations between the sterile mixing parameters of these allowed textures and their phenomenological implications on the effective Majorana mass.

研究の動機と目的

• 4×4ニュートリノ質量行列に1つのテクスチャーゼロと1つのゼロ質量を有する3+1シナリオにおける物性論的妥当性を調査すること。
• 10通りの可能な1ゼロテクスチャーのうち、現在の短距離基準ニュートリノ振動データと整合するものがどれであるかを同定すること。
• 有効なテクスチャーにおける不活性混合パラメータと有効メジャノウラ質量の相関を調査すること。
• 提案された不活性ニュートリノモデルの宇宙論的整合性を評価すること。

提案手法

• 1つのテクスチャーゼロと1つの固有値がゼロである、フレーバーベースにおける4×4ニュートリノ質量行列 $M_{\nu}$ を構築すること。
• 短距離基準ニュートリノ振動データからの制約を適用し、有効な1ゼロテクスチャーを経路フィルタリングすること。
• 3+1ニュートリノ混合フレームワークを用いて、質量行列の構造と混合角および質量差の関係を関係づけること。
• 各有効なテクスチャーについて有効メジャノウラ質量を計算し、ゼロニュートリノ双ベータ崩壊に与える影響を評価すること。
• 与えられた制約下で質量行列のパラメータ空間を体系的にスキャンすること。
• 予測結果を、不活性ニュートリノの豊度および質量に関する宇宙論的制約と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4×4ニュートリノ質量行列に1つのゼロ質量を有する場合、10通りの可能な1ゼロテクスチャーのうち、現在の短距離基準ニュートリノ振動データと整合するものはどれか？
• RQ2 物性論的に許容されるテクスチャーにおいて、不活性混合パラメータと有効メジャノウラ質量の間にはどのような相関があるか？
• RQ3 有効なテクスチャーの宇宙論的影響、特に不活性ニュートリノの過剰生成に関してはいかなる点があるか？
• RQ4 テクスチャーゼロおよびゼロ質量の制約は、3+1モデルのパラメータ空間を物理的に妥当なサブセットにまで縮小できるか？
• RQ5 許容されるテクスチャーにおける混合パターンは、ゼロニュートリノ双ベータ崩壊の予測にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 現在の短距離基準ニュートリノ振動データによって制約を受ける限り、4×4質量行列における10通りの1ゼロテクスチャーのうち、7つが物性論的に妥当である。
• 有効なテクスチャーは、不活性混合角と有効メジャノウラ質量の間で明確な相関を示しており、将来的な実験で探査可能である。
• 1つのニュートリノ質量がゼロであるという仮定は、有効なテクスチャーの数を顕著に減少させ、予測可能性を高める。
• 許容されるテクスチャーは、特に不活性ニュートリノの過剰生成を抑制する点で、宇宙論的観測と整合している。
• 有効なテクスチャーにおける有効メジャノウラ質量は、近い将来のゼロニュートリノ双ベータ崩壊実験の感度範囲内に留まる。
• テクスチャーゼロ構造は、特に不活性セクターにおいて混合行列に非自明な制約を課し、パラメータ空間におけるデゲネラシーを低減する。