[論文レビュー] New type of double seesaw with MeV sterile neutrinos and low scale leptogenesis

Sin Kyu Kang, C. S. Kim|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、MeVスケールの不活性ニュートリノを備えた新しい二重シー・サス・メカニズムを提案する。このメカニズムにより、重いメジャナナニュートリノ間の微小な質量スプリングを必要とせず、低スケールのレプトゲネシスを実現可能とし、超対称性におけるグレイビトロ問題を回避する。追加の単一フェルミオンの導入により、有効なパラメータ範囲でレプトン非対称性が強化される新たな寄与が生じる。一方で、活性ニュートリノ質量と100–300 MeV付近の不活性ニュートリノ質量を同時に達成可能であり、活性-不活性混合の制約に違反しない。

ABSTRACT

We consider a variant of seesaw mechanism by introducing extra singlet neutrinos, with which we show how the low scale leptogenesis is realized without imposing the tiny mass splitting between two heavy Majorana neutrinos required in the resonant leptogenesis. Thus, we can avoid the so-called gravitino problem when our scenario is supersymmetrized. We show that an introduction of the new singlet fermion leads to a new contribution which can enhance the lepton asymmetry for certain range of parameter space. We also examine how both the light neutrino mass spectrum and relatively light sterile neutrinos of order a few 100 MeV can be achieved without being in conflict with the constraints on the mixing between the active and sterile neutrinos.

研究の動機と目的

• 共鳴的レプトゲネシスにおける重いメジャナナニュートリノ間の微小な質量スプリングを必要としないため、超対称モデルにおけるグレイビトロ問題を回避すること。
• 追加の単一フェルミオンとMeVスケールの不活性ニュートリノを有するシー・サス枠組みにおいて、低スケールのレプトゲネシスを実現すること。
• 観測されたニュートリノ振動データと整合する、妥当な軽いニュートリノ質量スペクトルと、比較的軽い不活性ニュートリノ（約100–300 MeV）を同時に達成すること。ただし、活性-不活性混合の制約に違反しないこと。
• 追加の単一フェルミオンから生じる新たな寄与が、特定のパラメータ範囲でレプトン非対称性を強化する役割を果たすことを特定すること。

提案手法

• 標準的シー・サス枠組みに追加の単一フェルミオンを導入し、シー・サス機構を二重シー・サス構造に変更する。
• 新しい単一フェルミオンとその活性ニュートリノおよび不活性ニュートリノへの結合を含むラグランジアンを構築し、レプトン非対称性への新たな寄与を可能にする。
• 活性状態および不活性状態を含むニュートリノ質量行列を解析し、それらから生じる軽いニュートリノ質量および不活性ニュートリノ質量を導出する。
• 単一フェルミオンからの新たな寄与を用いてレプトン非対称性を計算し、強化が観察されるパラメータ領域を同定する。
• 活性-不活性混合からの制約を適用し、宇宙論的および天体物理学的観測と整合することを確認する。
• パラメータ空間のスキャンを実施し、軽いニュートリノ質量、不活性ニュートリノ質量（約100–300 MeV）、および強化された非対称性が同時に成立する有効な領域を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重いメジャナナニュートリノ間の微小な質量スプリングを必要としないことで、超対称性におけるグレイビトロ問題を回避できるか？
• RQ2 追加の単一フェルミオンの導入が、シー・サス枠組みにおけるレプトン非対称性生成にどのように影響を与えるか？
• RQ3 新たな単一フェルミオンが、レプトン非対称性をどのように強化するか？また、その強化が顕著に現れるパラメータ範囲は何か？
• RQ4 活性ニュートリノ質量と100–300 MeVスケールの不活性ニュートリノ質量を、活性-不活性混合の制約に違反せずに同時に達成できるか？
• RQ5 新しいシー・サス機構が成功したレプトゲネシスと整合的なニュートリノ質量を実現する、有効なパラメータ領域は何か？

主な発見

• 新たな単一フェルミオンの導入により、特定のパラメータ範囲でレプトン非対称性が強化される新たな寄与が生じ、低スケールでの効率的なレプトゲネシスが可能になる。
• 本モデルは、共鳴的レプトゲネシスで一般的に必要とされる重いメジャナナニュートリノ間の微小な質量スプリングを必要とせず、低スケールのレプトゲネシスを実現可能とする。
• 修正されたシー・サス機構を通じて、観測されたニュートリノ振動データと整合する軽いニュートリノ質量スペクトルが自然に生成される。
• 活性-不活性混合の制約に違反しない範囲で、100–300 MeV付近の不活性ニュートリノ質量が達成可能であり、混合角が観測限界内に保たれていれば問題ない。
• 超対称化された場合、微調整された質量スプリングの必要性が排除されるため、グレイビトロ問題を回避できる。
• 軽いニュートリノ質量、不活性ニュートリノ質量（約100–300 MeV）、および強化された非対称性が同時に成立する有効なパラメータ空間が存在し、新たな単一フェルミオンが非対称性強化の中心的役割を果たす。