[論文レビュー] Looking for Leptonic CP Violation with Neutrinos

Hisakazu Minakata|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2008

Neutrino Physics Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ニュートリノの電弱対称性の破れを示す2つの異なるメカニズム、すなわち、ニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊におけるメジャナ型位相と、長基準長ニュートリノ振動実験における小林・益川（KM）位相を通じて、レプトンのCP対称性の破れを調査する。J-PARCを基盤とする東海〜神岡〜韓国超ビーム実験を用いて、CP対称性の破れを探索し、ニュートリノ質量階層を解明し、θ23のオクタントデゲネラシーを解消することを提案するが、CP対称性破れ実験同士の誤った比較を警告する。

ABSTRACT

I discuss some theoretical aspects of how to observe leptonic CP violation. It is divided into two parts, one for CP violation due to Majorana, and the other more conventional leptonic Kobayashi-Maskawa (KM) phases. In the first part, I estimate the effect of Majorana phase to observable of neutrinoless double beta decay experiments by paying a careful attention to the definition of the atmospheric scale ∆m 2. In the second part, I discuss Tokai-to-Kamioka-Korea two detector complex which receives neutrino superbeam from J-PARC as a concrete setting for discovering CP violation due to the KM phase, as well as resolving mass hierarchy and the θ23 octant degeneracy. A cautionary remark is also given on comparison between various projects aiming at exploring CP violation and the mass hierarchy. PACS numbers: 14.60.Pq,14.60.Lm,23.40.-s 1.

研究の動機と目的

• メジャナ位相がニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊における有効メジャナ質量に与える影響を、大気質量平方差∆m²の正確な定義を用いて分析すること。
• 小林・益川（KM）位相に起因するレプトンのCP対称性の破れを発見する可能性を、東海〜神岡〜韓国二検出器超ビーム実験の観点から評価すること。
• 同じ実験的設定を用いて、ニュートリノ質量階層とθ23のオクタントデゲネラシーを解消すること。
• CP対称性破れと質量階層探索プロジェクト同士の、誤った比較を避けるための注意喚起。
• レプトンのCP対称性破れの文脈において、将来の実験的結果を解釈するための理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 大気質量平方差∆m²の正確な定義を用いて、メジャナ位相がニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊における有効メジャナ質量に与える影響を推定する。
• 振動確率の計算を通じて、J-PARCを基盤とする超ビーム実験がレプトンのCP対称性破れ位相に与える感度を分析する。
• 神岡と韓国に位置する二検出器の設定をモデル化し、CP対称性破れ、質量階層、θ23のオクタント不確実性への感度を向上させる。
• KM位相と混合角を含む、3フラーバーのニュートリノの標準的振動形式を適用する。
• CP対称性破れと質量階層探索プロジェクト間の実験的感度を比較分析する。
• 異なる実験の比較において、一貫性のある定義と実験設計の重要性を強調する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メジャナ位相は、ニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊の崩壊率にどのように影響を与えるのか？ また、現在および将来の実験が、これらの影響にどの程度感度を持つのか？
• RQ2 二検出器付きのJ-PARCベースの超ビーム実験は、小林・益川（KM）メカニズムに起因するレプトンのCP対称性破れ位相を解明できるか？
• RQ3 同じ実験によって、ニュートリノ質量階層の解明とθ23混合角のオクタントデゲネラシーの解消をどの程度同時に達成できるか？
• RQ4 CP対称性破れと質量階層を探索することを目的とした、さまざまな提案実験の感度と設計における主な相違点は何か？
• RQ5 ∆m²に関して異なる仮定と定義を用いる異なるプロジェクト同士の実験結果を比較する際、どのようにすべきか、特に大気質量平方差∆m²の定義についての注意点は何か？

主な発見

• メジャナ位相は、ニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊における有効メジャナ質量に測定可能な影響を与える。その感度は、大気質量平方差∆m²の正確な定義に強く依存する。
• J-PARCを基盤とする二検出器超ビーム実験の設定は、レプトンのCP対称性破れ位相に強く感度を示し、その発見が可能になる。
• 同じ実験的設定を用いることで、ニュートリノ質量階層の解明とθ23のオクタントデゲネラシーの解消を同時に達成できる。
• CP対称性破れと質量階層探索実験の間の比較では、実験設計、仮定、パラメータの定義の違いを考慮する必要があり、誤った結論を避けるために不可欠である。
• 本研究は、将来のレプトンのCP対称性破れに関する発見を評価するにあたり、一貫性のある理論的および実験的枠組みの重要性を強調している。