[論文レビュー] Pion Exchange Currents in Neutrinoless Double Beta Decay and Limits on Supersymmetry

Amand Faessler, Sergey Kovalenko+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 1997

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、R対称性破れ超対称性（SUSY）におけるニュートリノless二重ベータ崩壊（0νββ）において、パイオン交換電流の寄与を検討し、陽子-中性子対のペアリングを含む正規化された準粒子ランダム位相近似（QRPA）を用いて核行列式を計算している。その結果、パイオン交換モードが従来の二核子モードを上回り、SUSY寄与への感度が著しく向上し、以前に予想されたよりも強い上限が$ \lambda'_{111}$に対して得られた。

ABSTRACT

We examine the pion exchange mode of neutrinoless double beta decay induced by the R-parity violating quark-lepton operators of the supersymmetric (SUSY) extensions of the standard model of the electroweak interactions. The corresponding nuclear matrix elements are evaluated within the renormalized quasiparticle random phase approximation with proton-neutron pairing, which includes the Pauli effect of fermion pairs and does not collapse for a physical value of the nuclear force strength. It is argued that the pion-exchange mode of neutrinoless double beta decay dominates over the conventional two-nucleon mode in the case of the SUSY mechanism. As a result sensitivity of neutrinoless double beta decay to the SUSY contribution turns out to be significantly better that previously expected from the two-nucleon mode calculations. An upper limit on the R-parity violating coupling $λ'_{111}$ is derived from non-observation of neutrinoless double beta decay. This limit is much stronger than that expected from the near future accelerator experiments.

研究の動機と目的

• R対称性破れSUSYモデルにおけるニュートリノless二重ベータ崩壊におけるパイオン交換電流の役割を評価すること。
• 陽子-中性子ペアリングを含む正規化された準粒子ランダム位相近似（QRPA）を用いて、パイオン交換メカニズムの核行列式を評価すること。
• パイオン交換モードと従来の二核子モードとの間で、0νββ崩壊振幅への寄与を比較すること。
• 0νββ崩壊の非観測を根拠に、R対称性破れ結合定数$\lambda'_{111}$のより厳密な上限を導出すること。

提案手法

• 研究では、正規化された準粒子ランダム位相近似（QRPA）を用いて核行列式を計算し、陽子-中性子ペアリングを含む。
• フェルミ粒子対のパウリ閉じ込め効果を含め、物理的核力強度においても手法が安定することを保証する。
• パイオン交換電流演算子は、標準模型のSUSY拡張におけるR対称性破れクォーク-レプトン相互作用から導出された。
• 0νββ崩壊実験に関連する候補同位体について行列式を計算した。
• 従来の二核子メカニズムとの結果を比較し、支配的であるかを評価した。
• 0νββ崩壊の非観測を根拠に、$\lambda'_{111}$に対するモデルに依存しない上限を設定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R対称性破れSUSY誘発ニュートリノless二重ベータ崩壊において、パイオン交換電流メカニズムが二核子メカニズムを上回る支配的寄与を示すか？
• RQ2 パウリ閉じ込めと陽子-中性子ペアリングは、パイオン交換チャネルにおける核行列式にどのように影響を与えるか？
• RQ3 SUSYモデルにおける全0νββ崩壊振幅に占めるパイオン交換電流の相対的寄与はどの程度か？
• RQ4 パイオン交換モードと二核子モードの間で、R対称性破れ結合定数への感度はどのように異なるか？
• RQ5 加速器実験と比較して、パイオン交換経路を介して0νββ崩壊の非観測を用いて、$\lambda'_{111}$に対するより強い上限を設定できるか？

主な発見

• R対称性破れSUSY誘発ニュートリノless二重ベータ崩壊において、パイオン交換モードが従来の二核子モードを支配する。
• 陽子-中性子ペアリングを含む正規化された準粒子RPAは、物理的核力強度においても安定した行列式をもたらし、崩壊しない。
• パイオン交換メカニズムは、0νββ崩壊実験におけるR対称性破れSUSY結合定数への感度を高める。
• 0νββ崩壊の非観測を根拠に、$\lambda'_{111}$の上限が導出されたが、これは近い将来の加速器実験で得られる予想よりも著しく強い。
• 本研究は、パイオン交換電流がR対称性破れSUSYを探索するためのより好都合な手段であることを示した。