[論文レビュー] Neutrino Textures in the Light of Super-Kamiokande Data and a Realistic String Model

J. Ellis, G.K. Leontaris+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 1998

Neutrino Physics Research被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、スーパーカミオコンデの大気中ニュートリノデータと現実的なスピンしたSU(5)ストリング理論由来のモデルを用いて、シー・サウのメカニズムにおけるニュートリノ質量テクスチャーを調査する。大スイング角が質量階層と併存可能であり、量子異常除去効果がスイング角を増幅させ、小角および大角MSW解の両方が妥当であり、提案されたストリング理論に基づく枠組みにおいて、質量階層がほぼデゲネラシーよりも自然であることが示される。

ABSTRACT

Motivated by the Super-Kamiokande atmospheric neutrino data, we discuss possible textures for Majorana and Dirac neutrino masses within the see-saw framework. The main purposes of this paper are twofold: first to obtain intuition from a purely phenomenological analysis, and secondly to explore to what extent it may be realized in a specific model. We comment initially on the simplified two-generation case, emphasizing that large mixing is not incompatible with a large hierarchy of mass eigenvalues. We also emphasize that renormalization-group effects may amplify neutrino mixing, presenting semi-analytic expressions for estimating this amplification. Several examples are then given of three-family neutrino mass textures which may also accommodate the persistent solar neutrino deficit, with different assumptions for the neutrino Dirac mass matrices. We comment on a few features of neutrino mass textures arising in models with a U(1) flavour symmetry. Finally, we discuss the possible pattern of neutrino masses in a `realistic' flipped SU(5) model derived from string theory, illustrating how a desirable pattern of mixing may emerge. Both small- or large-angle MSW solutions are possible, whilst a hierarchy of neutrino masses appears more natural than near-degeneracy. This model contains some unanticipated features that may also be relevant in other models: the neutrino Dirac matrices may not be related closely to the quark mass matrices, and the heavy Majorana states may include extra gauge-singlet fields.

研究の動機と目的

• スーパーカミオコンデの大気中ニュートリノデータがニュートリノ質量テクスチャーに与える現象論的意味を理解すること。
• 現実的なストリング理論由来のモデル、特にスピンしたSU(5) GUTから妥当なニュートリノ質量パターンが出現するかどうかを調査すること。
• 量子異常除去効果がニュートリノスイング角をどのように増幅させるかを検討すること。
• ニュートリノテクスチャーが太陽ニュートリノ欠損問題のMSW解と整合するかを評価すること。
• U(1) フレーバー対称性を有するモデルにおけるディラックおよびマヨラナ質量行列の構造と、それらが混合に与える影響を調査すること。

提案手法

• 大気中および太陽ニュートリノデータを適合させるために、シー・サウのメカニズムにおける2世代および3ファミリーのニュートリノ質量テクスチャーを分析する。
• 半アナリティカルな式を用いて、量子異常除去によるニュートリノスイング角の増幅を推定する。
• ストリング理論から導かれた現実的なスピンしたSU(5)モデルを構築し、重いマヨラナ状態を含むシー・サウのメカニズムを埋め込む。
• U(1) フレーバー対称性の文脈でディラックおよびマヨラナ質量行列の構造を検討し、テクスチャーのパターンを制限する。
• ストリング理論由来モデルにおける得られたニュートリノ混合パターンおよび質量階層を、実験的制約と比較して評価する。
• モデル枠組み内で太陽ニュートリノ問題の小角および大角MSW解の両方を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大スイング角は、ニュートリノ質量固有値に顕著な階層がある場合と整合することができるか？
• RQ2 量子異常除去による増幅効果が、シー・サウの枠組みにおいて、どの程度ニュートリノスイング角を増幅させるか？
• RQ3 現実的なストリング理論由来のスピンしたSU(5)モデルが、観測されたニュートリノ質量テクスチャーおよび混合パターンを自然に生成できるか？
• RQ4 U(1) フレーバー対称性は、ニュートリノ質量行列の構造とそれによる混合テクスチャーにどのように影響を与えるか？
• RQ5 このクラスのモデルにおいて、質量階層型のニュートリノ質量スペクトルは、ほぼデゲネラシー状態よりも自然であるか？

主な発見

• 大スイング角は、質量固有値に顕著な階層がある場合と整合可能であり、大スイング角はほぼデゲネラシーを意味するとの仮定に反する。
• 量子異常除去効果は、ニュートリノスイング角を顕著に増幅させることができ、その増幅を推定するための半アナリティカルな式が提示されている。
• 提案されたモデル枠組み内では、太陽ニュートリノ欠損問題の小角および大角MSW解の両方が妥当である。
• スピンしたSU(5)ストリングモデルの文脈において、質量階層型のニュートリノ質量スペクトルは、ほぼデゲネラシー状態よりも自然であると判明した。
• モデルは予期しない特徴を明らかにした：ニュートリノディラック質量行列はクォーク質量行列と密接に関係していないし、重いマヨラナ状態には追加のゲージシングレット場が含まれている。
• ストリング理論由来モデルにおける得られたニュートリノテクスチャーは、大気中ニュートリノデータおよび太陽ニュートリノ欠損問題の両方をうまく説明している。