[論文レビュー] PMNS matrix in a non-universal $U(1)_{X}$ extension to the MSSM with one massless neutrino

J. S. Alvarado, Roberto Martínez|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2020

Neutrino Physics Research参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、4つの追加ヒッグスダブルレットと4つのシングレット超場を備えた、異常フリーな非ユニバーサル $U(1)_X$ 拡張であるMSSMを提案する。このモデルでは、特異なフェルミオンを導入することで、放射線的電子質量を生成し、逆せっかくの見せかけのメカニズムにより、樹形レベルで質量がゼロのニュートリノを実現する。モデルは、$ heta_{eackslash mu}$ を主要な自由パラメータとして、PMNS行列を正確に再現でき、$ ilde{h}_{2e(\mu)}^{\nu k}$ ユダク・カップリングを meV$^{1/2}$ スケールに保ち、通常および逆ニュートリノ質量順序において符号パターンが制約される。

ABSTRACT

An anomaly free non-universal $U(1)_{X}$ extension to the Minimal Supersymmetric Standard Model is proposed, where additional two $SU(2)$ doublet superfields and four singlet superfields complement the scalar sector of the model. The fermion sector is extended by considering additional superfields containing three quark singlets, two charged lepton singlet superfields and six neutral leptons. A tree-level massless electron is found so radiative corrections are considered to match the mass spectrum with both SUSY and non-SUSY contributions. Likewise, a massless neutrino is found and analytic expressions for massive mass eigenstates are obtained via inverse-seesaw mechanism, which implies a known neutrino mass spectrum for both normal and inverse ordering. Lastly, a numerical fitting of the model parameters to the PMNS matrix is done.

研究の動機と目的

• 標準模型を越えてフェルミオン質量階層とニュートリノ質量生成を扱う非ユニバーサル $U(1)_X$ 拡張MSSMを用いること。
• スカラーおよびフェルミオン系を拡張した、異常フリーなモデルを構築すること。これには、特異なフェルミオンと追加のヒッグス場が含まれる。
• 樹形レベルで質量がゼロの電子を実現し、非アクティブなスカラーヒッグス・シングレットと超対称パートナを用いて、放射線的補正により物理的質量を生成すること。
• 逆せっかくの見せかけのメカニズムを用いて、アクティブニュートリノの質量がゼロとなる状態を実現し、通常および逆ニュートリノ質量順序の両方を可能にすること。
• 実験的に観測されたPMNS行列を $3\sigma$ の信頼水準内で再現できるように、モデルのパラメータをフィッティングすること。

提案手法

• MSSMのスカラー系を拡張するため、4つの $SU(2)$ ダブルレット超場と4つのシングレット超場を導入する。
• フェルミオン系を拡張し、3つのクォーク・シングレット、2つの電荷を帯びたレプトン・シングレット、および6つのニュートリノ（右手系およびメジャナナニュートリノを含む）を追加する。
• 非ユニバーサル $U(1)_X$ ゲージ対称性を導入し、ユニバーサル性を破り、微調整とFCNCを回避する。
• 逆せっかくの見せかけのメカニズムを用いて、meVスケールの小さなアクティブニュートリノ質量を生成し、$v_\chi$ スケールに6つの重いメジャナナ状態を導入する。
• 1ループの放射線補正を用いて、樹形レベルでゼロの質量を持つ電子の物理的質量を生成する。これには、非アクティブなスカラーヒッグス・シングレットと特異なフェルミオンを用いる。
• PMNS行列をフィッティングするため、$ ilde{h}_{2e(\mu)}^{\nu k}$ ユダク・カップリングと複素位相 $α, \beta, \gamma$ を調整し、$ heta_{e\mu}$ を主要な自由パラメータとする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非ユニバーサル $U(1)_X$ 拡張MSSMは、樹形レベルで質量がゼロの電子を生成しつつ、放射線補正によりその物理的質量を再現できるか？
• RQ2 スカラーとフェルミオン系を拡張した超対称モデルにおいて、1つの質量がゼロのニュートリノを実現するには、小さなアクティブニュートリノ質量を生成する有効なメカニズムがどのように必要か？
• RQ3 通常および逆ニュートリノ質量順序の両方において、PMNS行列を再現するために必要なユダク・カップリングと複素位相の制約は何か？
• RQ4 このモデルにおいて、混合角 $ heta_{e\mu}$ はPMNS行列の挙動をどのように支配するのか？また、ユダク・カップリングの許容される符号パターンは何か？
• RQ5 モデルは異常フリーを達成しつつ、実験的ニュートリノ振動データとフェルミオン質量階層と整合性を保っているか？

主な発見

• モデルは、樹形レベルで質量がゼロの電子を実現し、非アクティブなスカラーヒッグス・シングレットと特異なフェルミオンを介した1ループ放射線補正により、物理的質量を生成する。
• 1つの質量がゼロのニュートリノは、逆せっかくの見せかけのメカニズムにより実現され、通常および逆順序の両方のスケーリングで明確な質量固有状態が得られる。
• PMNS行列は、$ ilde{h}_{2e(\mu)}^{\nu k}$ ユダク・カップリングと複素位相 $α, \beta, \gamma$ を調整することで、$ heta_{e\mu}$ を主要な自由パラメータとして成功裏に再現される。
• ユダク・カップリング $ ilde{h}_{2e(\mu)}^{\nu k}$ は meV$^{1/2}$ スケールに位置し、スケーリング後に $h_{2e(\mu)}^{\nu k}$ は1に近い値をとる。
• 通常順序では、すべてのユダク・カップリングが正または負の符号を取ることができるが、逆順序では、3つのカップリングが同じ符号を取ることを禁止する符号制約がある。
• $\tau$-関連のユダク・カップリングは、固定された大きさと複素位相の値を示しており、パラメータ空間における強い相関関係を示している。