[論文レビュー] Neutrino Masses in Effective Rank-5 Subgroups of E_6 I: Non-SUSY Case

Mariana Frank, İsmail Turan+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、非超対称E_6に由来するモデルにおけるニュートリノ質量を調査し、代替左-右対称モデルおよび不活性モデルに焦点を当てる。これらのモデルは、最も軽い不活性的ニュートリノと、上クォーク質量スケールに近い2つの重いニュートリノを予測しており、標準模型の実験的性質を回復するには、離散的対称性、高次元オペレーター、または追加のニュートリノを含む中性フェルミオンなどの追加の対称性や相互作用が必要である。その結果、不活性ニュートリノやLSNDに類似した信号に対する影響が生じる。

ABSTRACT

The neutral fermion sectors of E_6-inspired low energy models, in particular the Alternative Left-Right and Inert models, are considered in detail within the non-supersymmetric scenario. We show that in their simplest form, these models always predict, for each generation, the lightest neutrino to be an SU(2)_L singlet, as well as two extra neutrinos with masses of the order of the up-quark mass. In order to recover Standard Model phenomenology, additional assumptions in the form of discrete symmetries and/or new interactions are needed. These are classified as the Discrete Symmetry (DS), Higher Dimensional Operators (HDO), and Additional Neutral Fermion (ANF) methods. The DS method can solve the problem, but requires additional Higgs doublets that do not get vacuum expectation values. The HDO method predicts no sterile neutrino, and that the active neutrinos mix with a heavy isodoublet neutrino, thus slightly suppressing the couplings of active neutrinos, with interesting phenomenological implications. The ANF method also predicts this suppression, and also naturally includes one or more "sterile" neutrinos. This scenario allows the existence of sterile neutrino(s) in either a 3+1 or 2+2 structure at low energies, which are favored by the LSND result.

研究の動機と目的

• 非超対称フレームワーク内におけるE_6に由来する低エネルギーモデルの中性フェルミオン系を分析すること。
• 代替左-右対称モデルおよび不活性モデルの最も単純な形におけるニュートリノ質量スペクトルの固有の予測を同定すること。
• モデルの予測と標準模型ニュートリノの実験的性質との不一致を是正するための3つのメカニズム——離散的対称性（DS）、高次元オペレーター（HDO）、追加の中性フェルミオン（ANF）——を分類・評価すること。
• 特にLSND実験結果を踏まえて、3+1または2+2構造における不活性ニュートリノの妥当性を評価すること。

提案手法

• E_6に由来するモデルのなかで、代替左-右対称および不活性モデル実現における中性フェルミオン系を分析する。
• 群論的解析を用いて、E_6の有効なランク5部分群における中性フェルミオンのSU(2)_L表現内容を同定する。
• モデルと標準模型ニュートリノの実験的性質との不一致を是正するための3つの異なるメカニズム——離散的対称性（DS）、高次元オペレーター（HDO）、追加の中性フェルミオン（ANF）——を導入する。
• 各メカニズムがアクティブニュートリノのカップリングを抑制し、不活性ニュートリノ状態を生成する能力を評価する。
• 対称性の制約と有効場理論的手法を用いて、各メカニズム下でのニュートリノ質量行列の構造を導出する。
• 特に不活性ニュートリノの存在と混合パターンに関して、実験的性質の比較を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 E_6に由来する非SUSYモデルの最も単純な形、たとえば代替左-右対称モデルや不活性モデルにおいて、ニュートリノ質量スペクトルはどのように予測されるか？
• RQ2 離散的対称性、高次元オペレーター、または追加の中性フェルミオンは、モデルの予測と標準模型ニュートリノの実験的性質との不一致をどのように是正するか？
• RQ3 DS、HDO、またはANFメカニズムは、ゲージ不変性と整合性を保ちつつ、アクティブニュートリノのカップリングを抑制できるか？
• RQ4 これらのモデルにおける不活性ニュートリノの役割は何か？ 3+1または2+2構造として自然に出現するのか？
• RQ5 これらのメカニズムは、不活性ニュートリノ解が可能なLSNDの異常とどのように整合するか？

主な発見

• モデルの最も単純な形において、1世代あたりの最も軽いニュートリノはSU(2)_Lの単位表現であると予測され、不活性的性質を示す。
• 上クォーク質量スケールに近い質量を持つ2つの追加のニュートリノが予測され、これは標準模型を越えた階層的構造を示唆する。
• 離散的対称性（DS）法は標準模型との整合性を回復できるが、真空期待値をとらないまま残る追加のヒッグスダブルレットを必要とする。
• 高次元オペレーター（HDO）法では不活性ニュートリノが予測されず、代わりにアクティブニュートリノと重いアイソダブルレットニュートリノとの混合が生じ、結果としてアクティブニュートリノのカップリングが抑制される。
• 追加の中性フェルミオン（ANF）法は、1つ以上の不活性ニュートリノを自然に組み込み、アクティブニュートリノのカップリングを抑制する。
• HDOおよびANFメカニズムの両方が、低エネルギーでの不活性ニュートリノ構造を3+1または2+2構造に一致させることができ、LSND異常への現象論的適合性を提供する。