[論文レビュー] Neutrino Mass: theory, data and interpretation

J. W. F. Valle|ArXiv.org|Jul 4, 1999

Neutrino Physics Research参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、レプトン数対称性とその破れに基づくニュートリノ質量の理論的枠組みを提示し、太陽、大気圏、LSNDニュートリノデータを調和させるために、3つのアクティブなニュートリノと1つのステアーリングニュートリノを含む4ニュートリノ模型を提案する。LSNDスケールにおける最大混合と太陽スケールの質量差が自然に出現し、中性荷電-currentに敏感な実験で区別可能なシグネチャが得られることが示されている。

ABSTRACT

In these two lectures I describe first the theory of neutrino mass and then discuss the implications of recent data (including 708--day data Super--Kamiokande data) which strongly indicate the need for neutrino conversions to account for the solar and atmospheric neutrino observations. I also mention the LSND data, which provides an intriguing hint. The simplest ways to reconcile all these data in terms of neutrino oscillations invoke a light sterile neutrino in addition to the three active ones. Out of the four neutrinos, two are maximally-mixed and lie at the LSND scale, while the others are at the solar mass scale. These schemes can be distinguished at neutral-current-sensitive solar & atmospheric neutrino experiments. I discuss the simplest theoretical scenarios, where the lightness of the sterile neutrino, the nearly maximal atmospheric neutrino mixing, and the generation of $Δ{m^2}_\odot$ & $Δ{m^2}_{atm}$ all follow naturally from the assumed lepton-number symmetry and its breaking. Although the most likely interpretation of the present data is in terms of neutrino-mass-induced oscillations, one still has room for alternative explanations, such as flavour changing neutrino interactions, with no need for neutrino mass or mixing. Such flavour violating transitions arise in theories with strictly massless neutrinos, and may lead to other sizeable flavour non-conservation effects, such as $μ o e + γ$, $μ-e$ conversion in nuclei, unaccompanied by neutrino-less double beta decay.

研究の動機と目的

• 太陽、大気圏、LSNDのニュートリノデータからのニュートリノ振動に関する増加する実験的証拠を解釈すること。
• 統一的な枠組みの中で小さなニュートリノ質量と大きな混合角を説明する理論的課題に取り組むこと。
• 矛盾するデータセットを調和させるために、軽いステアーリングニュートリノを含む4ニュートリノモデルの妥当性を検討すること。
• ニュートリノ質量に依存しないニュートリノのフレーバー破れ相互作用と、ニュートリノ質量に起因する振動の違いを明確にすること。
• 中性荷電-currentに敏感な太陽および大気圏ニュートリノ実験における観測可能なシグネチャを特定すること。

提案手法

• LSNDスケールと太陽スケールの両方で最大混合ペアを有する4ニュートリノ混合スキームを構築する。
• レプトン数対称性とその自発的破れを適用し、必要な質量差Δm²_⊙とΔm²_atmを自然に生成する。
• 708日間のSuper-Kamiokandeデータが太陽および大気圏ニュートリノ欠如に与える影響を分析する。
• LSNDの異常を、短基底線振動におけるステアーリングニュートリノ寄与の兆候とみなす。
• ニュートリノ質量に依存しないフレーバー変換型ニュートリノ相互作用が代替として成立するかを検討する。
• 4ニュートリノ状態を確認できる中性荷電-current過程における区別可能な信号を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軽いステアーリングニュートリノを含む4ニュートリノモデルは、太陽、大気圏、LSNDのニュートリノ異常を調和させることができるか？
• RQ2 レプトン数対称性とその破れは、観測された質量差および混合パターンをどのように自然に生成するか？
• RQ3 4ニュートリノ振動状態と、フレーバー破れ型相互作用を伴う代替説明との間で、区別可能な実験的シグネチャは何か？
• RQ4 中性荷電-currentに敏感な実験は、太陽と大気圏ニュートリノ振動領域の違いを検出できるか？
• RQ5 708日間のSuper-Kamiokandeデータは、4ニュートリノ混合枠組みにどのような制約を課えるか？

主な発見

• LSNDスケールと太陽スケールの両方で最大混合ペアを持つ4ニュートリノスキームは、太陽、大気圏、LSNDデータを一貫して説明できる。
• レプトン数対称性の破れを通じて、観測されたΔm²_⊙ ≈ 10⁻⁵ eV²とΔm²_atm ≈ 10⁻³ eV²が自然に生成される。
• ステアーリングニュートリノの軽さは、他の質量スケールを生成するのと同じ対称性機構によって説明される。
• ほぼ最大混合の大気圏ニュートリノ混合は、仮定された対称性構造の直接的結果である。
• 中性荷電-currentに敏感な実験は、4ニュートリノ状態と代替のフレーバー破れモデルを区別できる。
• ニュートリノ質量に依存しないフレーバー変換型ニュートリノ相互作用を伴う代替説明は依然として妥当であるが、μ → e + γや核内でのμ-e変換といった追加効果を予測する。