[論文レビュー] Matter density, symmetry breaking, and neutrino oscillation

H. Mohseni Sadjadi, Amir-Pouyan Khosravi|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2017

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、スカラー場が重力に非最小にカップルされており、$Z_2$対称性の自発的破れによってニュートリノ質量が生じるニュートリノ質量メカニズムを提案する。このメカニズムにより、低密度領域でのみニュートリノ質量が生成され、高密度領域ではスカラー場が$Z_2$対称性を保ち、ニュートリノは質量を持たない。低密度領域では$Z_2$対称性が破れ、ニュートリノに質量が与えられ、ニュートリノの振動波長が変化し、MSW効果が強化される。これは、物質密度依存のニュートリノ異常を説明する可能性を秘めている。

ABSTRACT

A proposal for the neutrino mass, based on neutrino-scalar field interaction, is introduced. The scalar field, in turn, is nonminimally coupled to the Ricci scalar, and hence relates the neutrino mass to the matter density. In a dense region, the scalar field obeys the $Z_2$ symmetry, and the neutrino is massless. In a diluted region, the $Z_2$ symmetry breaks and neutrino acquires mass from the non-vanishing expectation value of the scalar field. We consider this scenario in the framework of a spherical dense object whose outside is a diluted region. In this background, we study the neutrino flavors oscillation, along with the consequences of the theory on oscillation length and MSW effect. This preliminary model may shed some lights on the existing anomalies within the neutrino data, concerning the different oscillating behavior of the neutrinos in regions with different densities.

研究の動機と目的

• さまざまな物質密度におけるニュートリノ振動データの不一致を解消すること。
• ニュートリノ質量がスカラー場のダイナミクスを通じて局所的物質密度に依存する動的メカニズムを提唱すること。
• このメカニズムが不均一な物質中におけるニュートリノ振動波長およびMSW効果に与える影響を調査すること。
• このモデルが、特に高密度の天体的環境において既存のニュートリノデータの異常を解消できるかどうかを検討すること。

提案手法

• リッチスカラーに非最小にカップルされたスカラー場を導入し、時空曲率および物質密度と関連付ける。
• スカラー場が高密度領域で消えるように$Z_2$対称性を実装し、ニュートリノが質量を持たない状態を維持する。
• 低密度領域では$Z_2$対称性の自発的破れを許容し、非ゼロの真空期待値を生じさせ、ニュートリノ質量の生成を促進する。
• 密度が高く、外側が希釈な球対称な物体をモデル化し、ニュートリノの伝播およびフレーバー振動を研究する。
• 外側領域におけるスカラー場の真空期待値に依存する有効ニュートリノ質量項を導出する。
• 不均一な背景中におけるニュートリノ振動確率を分析し、特に振動波長およびMSW共鳴条件に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー場の相互作用を通じて、ニュートリノ質量が局所的物質密度にどのように動的に依存するか。
• RQ2 高密度領域における$Z_2$対称性の回復が、ニュートリノ質量およびフレーバー振動に与える影響は何か。
• RQ3 スカラー場の重力への非最小カップリングが、低密度領域における有効ニュートリノ質量にどのように影響するか。
• RQ4 標準モデルと比較して、このモデルがニュートリノ振動波長およびMSW効果をどの程度変更するか。
• RQ5 このフレームワークは、物質密度が変化する領域における観測されたニュートリノ振動データの異常を説明できるか。

主な発見

• スカラー場が重力に非最小にカップルされており、$Z_2$対称性の自発的破れによって、ニュートリノ質量は低密度領域でのみ動的に生成される。
• 高密度領域ではスカラー場がゼロのまま維持され、ニュートリノが質量を持たない状態が保たれ、$Z_2$対称性の保存と整合的である。
• 希釈領域における有効ニュートリノ質量は、スカラー場の真空期待値に比例し、非最小カップリングを通じて局所的物質密度に依存する。
• 密度依存の質量項のおかげで、低密度領域におけるニュートリノ振動波長が修正される。
• ニュートリノ質量が物質密度に強く依存するため、このフレームワークではMSW効果が強化され、ニュートリノデータの異常を説明する可能性がある。
• このシナリオは、宇宙論的および天体的物質密度勾配とニュートリノ質量生成を自然に結びつけるメカニズムを提供する。