[論文レビュー] Neutrino's Non-Standard Interactions; Another Eel under a Willow?

Hisakazu Minakata|ArXiv.org|May 9, 2009

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、摂動的枠組みにおいてニュートリノの非標準的相互作用（NSI）を調査し、ニュートリノ振動におけるパラメータのデゲネラシーとCP対称性の破れの識別を焦点とする。近接（3000 km）および遠距離（7000 km）の2つの検出器を備えたニュートリノファクトリーを用いて、δおよびφ_{eμ}パラメータ空間の大部分において|ε_{eμ}| ~ 数×10^{-4}のNSIパラメータに感度を示すことが示された。|ε_{eτ}| ~ 10^{-3}への感度は低めだが、依然として検出可能であり、NSI位相に起因するCP対称性の破れに対しても高い感度を示す。

ABSTRACT

I report some progress that occurred since NO-VE08 in the field of non-standard interactions (NSI) of neutrinos. After briefly reviewing theoretical developments, I give a summary of the two works in which I was involved. Firstly, we have formulated a perturbative framework to illuminate the global features of neutrino oscillations with NSI, aiming at exploring method for determination of the standard mixing and the NSI parameters. We have recognized that the parameter degeneracy prevails with an extended form which involves the NSI elements. Furthermore, a completely new type of degeneracy is shown to exist. The nature of the former degeneracy is analyzed in detail in the second work. The work is primarily devoted to analyze the problem of discriminating the two CP violation, one due to the lepton Kobayashi-Maskawa phase and the other by phases of the NSI elements. We have shown that the near (3000 km)-far (7000 km) two detector setting in neutrino factory does have the discrimination capability and is sensitivities to CP violation due to NSI to |epsilon_{eμ}| to \simeq several x 10^{-4} in most of the region of δand ϕ.

研究の動機と目的

• 非標準的相互作用（NSI）を伴うニュートリノ振動を分析するための摂動的枠組みを構築し、パラメータの決定とデゲネラシーを扱う。
• 標準の小林・益川位相に起因するCP対称性の破れと、NSI位相に起因するCP対称性の破れの識別能力を調査する。
• 3000 kmおよび7000 kmの基線を有する2検出器のニュートリノファクトリー設定がNSIパラメータおよびCP対称性の破れにどの程度感度を示すかを評価する。
• NSIの存在下でのパラメータデゲネラシーの性質を明らかにし、特にNSI要素を含む新しいタイプのデゲネラシーの出現を特定する。

提案手法

• 次元6のオペレーターを用いた有効場理論を用いて、NSIを伴うニュートリノ振動に対する摂動的アプローチを定式化する。
• 物質内でのNSI効果をモデル化する有効ラグランジアン $\mathcal{L}_{\text{eff}}^{\text{NSI}} = -2\sqrt{2}\, \varepsilon_{\alpha\beta}^{fP} G_F (\bar{\nu}_\alpha \gamma_\mu P_L \nu_\beta)(\bar{f} \gamma^\mu P f)$ を適用する。
• 異なる基線（3000 kmおよび7000 km）に位置する2つの検出器を備えたニュートリノファクトリー実験の数値シミュレーションを実施し、NSIおよびCP対称性の破れに対する感度を評価する。
• δ、φ_{eμ}、およびNSIパラメータε_{eμ}、ε_{eτ}の異なる組み合わせにおける振動確率を比較することで、パラメータデゲネラシーを分析する。
• 感度の等高線を用いて、両方の質量階層（正および逆）を仮定した場合に|ε_{eμ}|および|ε_{eτ}|の探査能力を定量化する。
• フィットにNSIを含む・含まないを比較することで、非ゼロのNSIがCP対称性の破れの発見感度に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 摂動的枠組みは、非標準的相互作用を伴うニュートリノ振動のグローバルな特徴を効果的に明らかにできるか？
• RQ2 NSIの存在下で生じるパラメータデゲネラシーの種類は何か？ そして、標準的なデゲネラシーとはどのように異なるか？
• RQ3 3000 kmおよび7000 kmの基線を持つ2検出器のニュートリノファクトリーは、標準の小林・益川位相に起因するCP対称性の破れと、NSI位相に起因するCP対称性の破れを区別できるか？
• RQ4 TeVスケールの新物理の文脈において、|ε_{eμ}|および|ε_{eτ}|の検出感度はどの程度の範囲に達するか？
• RQ5 システムティックエラーおよびバックグラウンドは、NSIおよびCP対称性の破れの感度推定にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 摂動的枠組みは、NSI要素を含む新しいタイプのデゲネラシーを明らかにし、ニュートリノ振動における標準的デゲネラシーを拡張する。
• ニュートリノファクトリーにおける近接（3000 km）および遠距離（7000 km）の2検出器設定は、δおよびφ_{eμ}パラメータ空間の大部分において|ε_{eμ}| ≃ 数×10^{-4}の感度を達成する。
• |ε_{eτ}|への感度は低いが、依然として|ε_{eτ}| ≃ 10^{-3}に達するため、このチャネルの検出可能範囲を示している。
• この設定は、NSI位相に起因するCP対称性の破れに対しても高い感度を示し、δおよびφ_{eμ}領域の大部分で|ε_{eμ}| ≃ 数×10^{-4}と同等の感度を達成する。
• 感度の等高線はシステムティックエラーおよびバックグラウンドに対して不安定であるため、現実の実験設定では楽観的な推定値が低下する可能性がある。
• 本研究は、従来無視されてきたNSIによるニュートリノ生成および検出の効果が、感度を著しく向上させ得ることを強調しているが、その実現は依然として困難である。