[論文レビュー] Neutrino Models and Leptogenesis

Sandy S. C. Law|ArXiv.org|Jan 9, 2009

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本学位論文は、タイプIの見通し枠組みにおけるニュートリノ模型を調査し、それらが熱的レプトゲネシスに与える影響を検討する。特に、電磁デュポールモーメントを介したレプトゲネシスや、低エネルギー観測量から重いニュートリノ質量行列を対称性で保護するという、新しいメカニズムを提案する。主な結果として、対称性の制約下でもレプトゲネシスが成立可能であり、非階層的状況下でも電磁デュポール相互作用が必要なレプトン非対称性を生成可能であることが示された。

ABSTRACT

Neutrino properties can play a crucial role in determining the matter-antimatter asymmetry of the universe if thermal leptogenesis is the correct solution to the baryogenesis problem. Owing to this, the study of neutrino models goes beyond the mere purpose of generating tiny neutrino masses, and it is natural to incorporate the puzzle of the cosmic baryon asymmetry. To this end, we have investigated several different extensions of the neutrino model based on the type I seesaw mechanism with particular emphasis on their leptogenesis implications.

研究の動機と目的

• アーベリアン家族対称性と追加のヒッグスシングレットがタイプIの見通し模型におけるレプトゲネシスに及ぼす制約を調査すること。
• 重い右巻きニュートリノ質量行列が、対称性で保護された関係を通じて低エネルギーニュートリノパラメータによって完全に決定可能かどうかを特定すること。
• 標準的なユカワ結合に代わって、電磁デュポールモーメント（EMDM）相互作用によって媒介される新しいレプトゲネシスメカニズムの有効性を検討すること。
• 対称性による制約下で、TeVスケールの右巻きニュートリノがコライダーで検出可能かどうかを評価すること。
• 特に非標準的状況において、フラバー効果および質量スケーリングが電磁レプトゲネシスに与える影響を検討すること。

提案手法

• 自由パラメータを削減しながらもレプトゲネシスの成立を維持できるように、アーベリアン家族対称性と1つの実ヒッグスシングレットを組み合わせた制約付きニュートリノ模型を構築すること。
• 内部および相互フラバー対称性を用いて、ニュートリノディラク質量行列を電磁レプトンまたはクォーク質量行列と関連づけ、混合行列の完全な予測を可能にすること。
• 低エネルギー観測量を用いて、重いニュートリノ質量行列を $ M_R \simeq \widehat{m}_f U_{\text{PMNS}}^* \widehat{m}_\nu^{-1} U_{\text{PMNS}}^\dagger \widehat{m}_f $ と導出すること。ここで $ f = e, d, u $ である。
• EMDM相互作用による $ N \to \nu \gamma $ 衰退の1ループおよび樹形振幅を明示的に計算し、CP非対称性を評価すること。
• 玩具モデルを標準模型のゲージ群と整合させるように一般化し、3体最終状態を保ちつつCP破れを維持すること。
• 電磁レプトゲネシスにおける位相空間抑制効果と、適切な質量スケーリングの選択によるその緩和を分析すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アーベリアン家族対称性と追加のヒッグスシングレットを有する見通し模型において、自由度の低下にもかかわらずレプトゲネシスが成立可能かどうか。
• RQ2 対称性による制約を通じて、見通し領域が低エネルギーニュートリノパラメータによってどの程度完全に決定可能か。
• RQ3 電磁デュポールモーメント演算子を介した、重い右巻きニュートリノのCP破れ崩壊によってレプトン非対称性を生成することが可能かどうか。
• RQ4 右巻きニュートリノの質量スケーリングが、標準的なユカワ結合によるレプトゲネシスと比較して、電磁レプトゲネシスの成功に与える影響は。
• RQ5 質量が対称性および低エネルギーデータによって制約されるTeVスケールの右巻きニュートリノのコライダー物性論的展望は。

主な発見

• アーベリアン家族対称性と1つの追加ヒッグスシングレットを有する模型は、フラバー効果を含めた場合でも、階層的重いニュートリノ状況下でも、レプトゲネシスの成立を維持する。
• ディラック質量行列が対称性により上クォークまたは電磁レプトン質量行列と関連付けられる場合、重い右巻きニュートリノ質量行列は、低エネルギー観測量（ニュートリノ質量、混合角、CP位相）によって完全に決定可能である。
• 対称性制約下での成功したレプトゲネシスは、ディラック質量行列が上クォーク質量行列 ($ f = u $) と一致し、特定のディラックおよびメジャナナ位相の組み合わせが選ばれるという極めて微調整されたパラメータ空間の領域でのみ可能である。
• $ f = e $ の場合、TeVスケールの右巻きニュートリノは理論的に可能であるが、LHCやILCにおける生成断面積は小さすぎて検出が困難であり、コライダーの探査範囲が制限される。
• EMDM相互作用を介した電磁レプトゲネシスは、樹形振幅と1ループ振幅の干渉によって生じるCP非対称性により、必要なレプトン非対称性を効果的に生成可能である。
• 電磁レプトゲネシスの状況では、標準的な強く階層的な質量スペクトルは不適切であるが、やや階層的または準縮退的状況では、共鳴効果により非対称性が強化され、良好に機能する。