[論文レビュー] Nuclear physics aspects of double beta decay

P. Vogel|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2008

Neutrino Physics Research参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、0νββ崩壊のメカニズムとレプトン数の保存が破れる事象、ニュートリノの性質への影響を焦点とした、二重ベータ崩壊の包括的な核物理学的分析を提供する。核殻模型と準粒子系乱相位近似を用いて崩壊率の式を導出し、関連する不確実性を伴う計算された核行列要素を提示する。これらは、ニュートリノを伴わない二重ベータ崩壊の実験的探索を解釈する上で極めて重要である。

ABSTRACT

Summary. | Comprehensive description of the phenomenology of the decay is given, with emphasis on the nuclear physics aspects. After a brief review of the neutrino oscillation results and of motivation to test the lepton number conservation, the mechanism of the 0 is discussed. Its relation to the lepton avor violation involving charged leptons and its use as a diagnostic tool of the 0 mechanism is described. Next the basic nuclear physics of both -decay modes is presented, and the decay rate formulae derived. The nuclear physics methods used, the nuclear shell model and the quasiparticle random phase approximation, are described next, and the choice of input parameters is discussed in the following section. Finally, the numerical values of the nuclear matrix elements, and their uncertainty, are presented. In the appendix the relation of the search for the neutrino magnetic moment to the Dirac versus Majorana nature of neutrinos is described.

研究の動機と目的

• 二重ベータ崩壊の詳細な現象論的記述を提供すること、特に核物理学的側面に重点を置く。
• 0νββ崩壊と電荷レプトンを含むレプトン数保存の破れとの関係を検討すること。
• 核many-body理論に基づいて、2νββおよび0νββ崩壊モードの崩壊率の式を導出すること。
• 核行列要素が0νββ崩壊の背後にあるメカニズムを解明するための診断的役割を評価すること。
• 殻模型とQRPA手法を用いて、核行列要素の数値的値と不確実性を提示すること。

提案手法

• 二重ベータ崩壊遷移の核行列要素を計算するための核殻模型の適用。
• 核構造における集団的効果をモデル化するための準粒子系乱相位近似（QRPA）の使用。
• 二ニュートリノおよびゼロニュートリノ二重ベータ崩壊モードの両方の崩壊率の式を導出すること。
• 有効相互作用や準粒子残余相互作用などの入力パラメータの選定と議論。
• 理論的予測と実験的制約の比較を通じて、行列要素推定の信頼性を評価すること。
• モデルのばらつきおよび入力パrameterの感度に基づいた行列要素の不確実性推定の統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0νββ崩壊の崩壊率を支配する主要な核行列要素は何か。また、それらは核構造モデルにどのように依存するか。
• RQ2 殻模型とQRPAの両者が、二重ベータ崩壊の核行列要素を推定する際にどのように比較されるか。
• RQ3 0νββ崩壊は、レプトン数保存の破れおよびニュートリノのマヨラナ性を調べるためのプローブとして、どの程度有効か。
• RQ4 モデルの入力パラメータは、計算された核行列要素の値と不確実性にどのような影響を及えるか。
• RQ5 二重ベータ崩壊の理論的予測は、ニュートリノ磁気モーメントの探索とどのように関連しているか。

主な発見

• 本稿は、殻模型とQRPAアプローチの両方から得られた、不確実性を伴う核行列要素の数値的値を提示する。
• 計算された行列要素は顕著なモデル依存性を示しており、理論的予測における入力パrameter選択の重要性を強調している。
• 0νββ崩壊率は核行列要素に極めて敏感であり、実験的結果の解釈において中心的な役割を果たす。
• 本研究は、0νββ崩壊がレプトン数保存の破れを調べる強力なプローブであり、ディラック型とマヨラナ型ニュートリノを区別できると確認している。
• 付録では、ニュートリノ磁気モーメントの探索とニュートリノのディラック／マヨラナ性との間の理論的関係を確立している。
• 行列要素の不確実性は依然として主要な理論的課題であり、0νββ崩壊実験の予測精度を制限している。