[論文レビュー] Neutrinoless Double Beta Decay of 134Xe

F. Šimkovic, P. Domin+1 more|ArXiv.org|Apr 24, 2002

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、最近の実験的制限を踏まえて、134Xeにおける中性子の電荷なし二重ベータ崩壊（0νββ）の理論的妥当性を検討する。軽いおよび重いメジャノナ中性子の交換と、R対称性破れのないSUSYメカニズムを分析する。修正された準粒子平均場近似（RQRPA）を用いて、134Xeのレプトン数の破れに対する感度が136Xeと比較して2–3倍弱いにとどまることを明らかにした。これは、Q値が低いにもかかわらず、将来の実験において強力な候補であることを示している。

ABSTRACT

In view of recent great progress achieved in the experimental study of the neutrinoless double beta decay (0nbb-decay) of 134Xe we discuss theoretical aspects of this process. The light and heavy Majorana neutrino exchange as well as the trilinear R-parity breaking contributions to 0nbb-decay are considered. We show that the sensitivity of the studied process to the signal of lepton number violation is only by factor 2-3 weaker in comparison with the 0nbb-decay of 136Xe. The current limits on effective neutrino mass (light and heavy) and trilinear R-parity violating parameter lambda'_111 deduced from lower limits on the 0nbb-decay half-lifes of various nuclei are reviewed and perspectives of the experimental verification of recently announced evidence of the 0nbb-decay of 76Ge are discussed.

研究の動機と目的

• 最近の実験的制限を踏まえて、134Xeにおける0νββ崩壊の理論的妥当性を評価すること。
• 軽いおよび重いメジャノナ中性子の交換による、134Xeと136Xeのレプトン数の破れに対する感度を比較すること。
• 134Xeが三重R対称性破れのSUSYパラメータを調べる可能性を評価すること。
• さまざまな核種からの有効中性子質量およびR対称性破れカップリングに関する現在の実験的制限をレビューすること。
• 76Geにおける報告された0νββ崩壊信号の確認または否定の可能性について議論すること。

提案手法

• 修正された準粒子平均場近似（RQRPA）を用いて、134Xeにおける0νββ崩壊の核行列要素を計算する。
• 軽いおよび重いメジャノナ中性子の交換に伴う、相空間要因と行列要素を含む0νββ崩壊半減期の標準式を適用する。
• グルーアイノの交換を介したR対称性破れメカニズムを評価し、1および2π中間子交換寄与からの行列要素を用いる。
• 有効ハミルトニアンと核子電流寄与（誘導電流を含む）を用いて、行列要素の計算を精緻化する。
• 134Xeの理論的半減期を136Xeおよび他の同位体と比較し、相対的な感度を評価する。
• 複数の実験から得られた有効中性子質量およびR対称性破れパラメータに関する現在の実験的制限をレビュー・統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 134Xeにおける0νββ崩壊の核行列要素は、136Xeと比べてどのように異なるか？
• RQ2 134Xeのレプトン数の破れに対する相対的感度は、136Xeと比べてどの程度か？
• RQ3 134Xeの0νββ崩壊は、他の同位体と同等の感度で有効メジャノナ中性子質量およびR対称性破れパラメータを調べられるか？
• RQ4 76Geにおける報告された0νββ崩壊信号は、0νββ崩壊の理論枠組みにどのような意味を持つか？
• RQ5 現在の0νββ崩壊半減期に関する実験的制限は、有効中性子質量およびR対称性破れカップリングをどの程度制約するか？

主な発見

• 134Xeにおける0νββ崩壊の核行列要素は、136Xeよりも顕著に大きく、結果としてレプトン数の破れに対する感度が同等であることが判明した。
• 134Xeの有効軽いメジャノナ中性子質量に対する感度は、Q値が低いにもかかわらず136Xeと比較して2–3倍弱いにとどまる。
• 134Xeの0νββ崩壊半減期に関する現在の実験的制限（T₁/₂ ≥ 5.8×10²⁵年）は、有効中性子質量およびR対称性破れパラメータに対して競争的な制限を与える。
• 134Xeからの三重R対称性破れカップリングλ′₁₁₁の上限は、48Caからのものと同等または強い。
• 76Geにおける報告された0νββ崩壊信号（最適適合半減期 ~1.5×10²⁵年）は、有効メジャノナ中性子質量が0.52 eVであることを示唆するが、これは好ましい低質量シナリオと矛盾する。
• NEMO-III、MAJORANA、GENIUSなどの将来の実験は、10年以内に76Ge信号の確認または否定に十分な感度に達すると予想される。