[論文レビュー] On the stability of the electroweak vacuum in the presence of low-scale seesaw models

Luigi Delle Rose, C. De Marzo+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 40被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、電弱スケール付近の右手ネウトリノと顕著なヤコビィカップリングを有する低スケール・シー・スウェイ・モデルが、整合性のある電弱真空中の安定性に及ぼす影響を、整合性の群による走査（RGE）を用いて調査する。真空安定性の制約により、Tr(Y†Y) ≳ 0.4 を満たすヤコビィカップリングは除外され、これは軽レプトンのフラバー変換破れおよびノンニュートリノ二重ベータ崩壊に強く影響を与える。

ABSTRACT

The scale of neutrino masses and the Planck scale are separated by more than twenty-seven order of magnitudes. However, they can be linked by imposing the stability of the electroweak (EW) vacuum. The crucial ingredient is provided by the generation of neutrino masses via a seesaw mechanism triggered by Yukawa interactions between the standard model (SM) Higgs and lepton doublets and additional heavy right-handed neutrinos. These neutrinos participate to the renormalization group (RG) running of the dimensionless SM couplings, affecting their high-energy behavior. The Higgs quartic coupling is dragged towards negative values, thus altering the stability of the EW vacuum. In the usual type-I seesaw model, this effect is too small to be a threat since, in order to comply with low-energy neutrino data, one is forced to consider either too small Yukawa couplings or too heavy right-handed neutrinos. In this paper we explore this general idea in the context of low-scale seesaw models. These models are characterized by sizable Yukawa couplings and right-handed neutrinos with mass of the order of the EW scale, thus maximizing their impact on the RG flow. As a general result, we find that Yukawa couplings such that ${ m Tr}(Y_{ u}^†Y_{ u}) \gtrsim 0.4$ are excluded. We discuss the impact of this bound on several observables, with a special focus on the lepton flavor violating process $\mu o e\gamma$ and the neutrino-less double beta decay.

研究の動機と目的

• 低スケール・シー・スウェイ・モデルが電弱真空中の安定性に与える影響を、整合性の群による走査（RGE）を用いて評価すること。
• 電弱真空中の安定性を維持するという要件から生じるヤコビィカップリングへの制約を特定すること。
• これらの制約が、軽レプトンのフラバー変換破れ過程およびノンニュートリノ二重ベータ崩壊の現象論的結果に与える影響を調査すること。
• 真空安定性基準を満たす、シー・スウェイ・モデルのパラメータ空間のうち、有効な領域を同定すること。

提案手法

• 標準模型の結合定数の整合性の群方程式（RGE）を分析し、シー・スウェイ機構に由来する重い右手ネウトリノの寄与を含む。
• 低スケール・シー・スウェイ・モデルにおける大きなヤコビィカップリングの影響を受けるヒッグス四次結合定数の走査を計算する。
• シー・スウェイ寄与の強度を定量化するための主要な観測量として、ヤコビィカップリング行列のトレース、$\text{Tr}(Y_u^\dagger Y_u)$ を用いる。
• 高エネルギーにおけるヒッグスポテンシャルの振る舞いから導かれる真空安定性の境界を適用し、シー・スウェイのパラメータを制約する。
• 得られた制約下で、$\mu \to e\gamma$ やノンニュートリノ二重ベータ崩壊（$0\nu\beta\beta$）のようなレプトンフラバー変換破れ過程への影響を評価する。
• 得られた結果を低エネルギーにおけるニュートリノデータと比較し、観測されたニュートリノ質量と整合することを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低スケール・シー・スウェイ・モデルにおける大きなヤコビィカップリングは、ヒッグス四次結合定数の整合性の群による走査にどのように影響するか？
• RQ2 電弱真空中の安定性を保つために許容される $\text{Tr}(Y_u^\dagger Y_u)$ の最大値は何か？
• RQ3 ヒッグスポテンシャルからの真空安定性制約は、レプトンフラバー変換破れの現象論にどのように影響するか？
• RQ4 これらの制約は、ノンニュートリノ二重ベータ崩壊の崩壊率にどのような影響を与えるか？
• RQ5 真空安定性と低エネルギーにおけるニュートリノデータの両方を満たすとき、シー・スウェイのパラメータ空間のどの領域が依然として有効か？

主な発見

• 電弱真空中の安定性を満たすためには、$\text{Tr}(Y_u^\dagger Y_u) \gtrsim 0.4$ を満たすヤコビィカップリングは除外される。
• 大きなヤコビィカップリングを有する重い右手法ニュートリノのRGE効果により、ヒッグス四次結合定数は負の値へと駆り込まれる。
• 顕著なヤコビィカップリングと電弱スケール付近の右手法ニュートリノを有する低スケール・シー・スウェイ・モデルは、電弱真空中の安定性を著しく損なう。
• 真空安定性制約は、$\mu \to e\gamma$ のようなレプトンフラバー変換破れ過程に寄与するパラメータ空間を強く抑制する。
• Tr(Y†Y) に対する制約は、ノンニュートリノ二重ベータ崩壊の崩壊率に対しても影響を与え、現在および近い将来の実験での観測可能性を低下させる。
• これらの結果から、有効な低スケール・シー・スウェイ・モデルは、より小さいヤコビィカップリングを有するか、あるいは以前に想定されたよりも重い右手法ニュートリノを有する必要があると示唆される。