[論文レビュー] Low energy neutrino experiments sensitivity to physics beyond the Standard Model

Juan Barranco, O. G. Miranda+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 17, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、近い将来の低エネルギーニュートリノ実験——特に共鳴的ニュートリノ-核散乱およびニュートリノ-電子弾性散乱——が、追加の中性ゲージボソン、レプトクォーク、R対称性破れ相互作用を含む標準模型を超える物理学への感受性を評価している。実験が将来の加速器実験と同等あるいはそれ以上の制約を達成できることを示しており、特にレプトクォークおよび特定の新物理パラメータに対して顕著である。

ABSTRACT

We study the sensitivity of future low energy neutrino experiments to extra neutral gauge bosons, leptoquarks and R-parity breaking interactions. We focus in future proposals to measure coherent neutrino-nuclei scattering and neutrino electron elastic scattering. We show that in all these three different types of new physics it is possible to obtain competitive bounds to those of future collider experiments. For the particular case of leptoquarks we found that the expected sensitivity to the coupling and mass for most of the future experimental setups is quite better than the current constraint. We also show specific parameters for extra neutral gauge bosons and R-parity breaking interactions that could be better restricted than current constraints.

研究の動機と目的

• 将来の低エネルギーニュートリノ実験が、標準模型を超える新物理に対してどの程度感受性を有するかを評価すること。
• 共鳴的ニュートリノ-核散乱およびニュートリノ-電子弾性散乱実験が、高エネルギー加速器探索と比較して競争力のある制約を提供できるかどうかを評価すること。
• 追加の中性ゲージボソンおよびR対称性破れ相互作用の特定のパラメータ領域が、現在の限界よりもより良く制約可能かどうかを同定すること。
• 将来の実験装置の潜在的性能が、レプトクォークカップリングおよび質量の制約をどの程度改善できるかを検討すること。

提案手法

• 本研究は、将来の低エネルギーニュートリノ実験における共鳴的ニュートリノ-核散乱およびニュートリノ-電子弾性散乱の期待されるイベントレートを分析している。
• 3つの新物理シナリオ——追加の中性ゲージボソン、レプトクォーク、R対称性破れ相互作用——の寄与をモデル化している。
• 低エネルギー過程に特に関連する次元6オペレーターに焦点を当て、有効場理論の手法を用いて相互作用を記述している。
• 信号対背景比の検討および統計的有意性の推定を用いて、これらの実験の予想される感受性を、既存および将来の加速器制約と比較している。
• 異なる実験装置の設定を評価し、特定のカップリング強度および質量をプローブできる能力を検討している。
• 期待される感受性およびバックグラウンドレベルに基づき、新物理パラメータの除外限界を計算している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低エネルギーニュートリノ実験は、高エネルギー加速器実験と比較して、新物理に対して競争力のある感受性を達成できるか？
• RQ2 将来の共鳴的ニュートリノ-核散乱およびニュートリノ-電子散乱実験は、現在の限界と比較して、レプトクォークカップリングおよび質量をどの程度良く制約できるか？
• RQ3 追加の中性ゲージボソンのどのパラメータ領域が、低エネルギーニュートリノ実験によって現在の実験的限界よりもより精密にプローブ可能か？
• RQ4 低エネルギーニュートリノ実験は、R対称性破れ相互作用の制約をどの程度改善できるか？
• RQ5 どの実験設定が、特定の新物理モデルの検出または除外に最も感受性を示すか？

主な発見

• 将来の低エネルギーニュートリノ実験は、特定の新物理パラメータに対して、将来の加速器実験と同等あるいはそれ以上の感受性を達成できる。
• レプトクォークに関しては、大多数の将来の実験設定で、現在の制約よりも著しく感受性が向上し、特にカップリングおよび質量範囲において顕著である。
• 追加の中性ゲージボソンの特定のパラメータ領域が、現在の実験的限界よりも高い精度でプローブ可能である。
• R対称性破れ相互作用は、特定のパラメータ領域において、低エネルギーニュートリノ実験によって現在の限界よりも良く制約可能である。
• 本研究は、低エネルギーニュートリノ実験が既存の制約を上回る可能性がある新物理モデルの明確なパラメータ値を同定した。