[論文レビュー] Possible exotic neutrino signature in electron muon collisions

Jai Kumar Singhal, Sardar Singh+1 more|ArXiv.org|Mar 13, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、一般化されたニュートリノ混合枠組みにおいて、軽い状態と重い状態の両方を含む、異常なニュートリノのtチャネル交換を通じて電子-ミューオン衝突におけるレプトンフラバー違反（LFV）を調査する。μ→eγ崩壊からの制約を用いて、e⁺μ⁻→W⁺W⁻過程の微分断面積および角度分布が、重いニュートリノの質量と重心系エネルギーに敏感であることを示し、将来のe⁻μ衝突機における異常ニュートリノ混合の検出可能なシグネチャを提供する。

ABSTRACT

With the strong experimental evidence for standard neutrino mass and mixings, there exists now a possibility of the lepton flavor violating process e\sup + mu \sup - \arrow W \sup + W \sup -, which would occur via t-channel neutrino exchange induced by neutrino mixings. We consider Langackers generalized neutrino mixings including ordinary (canonical SU(2) \sub L x U(1) \sub Y assignments), exotic (non-canonical SU(2) \sub L x U(1) \sub Y assignments) and singlet neutrinos leading to light and heavy mass eigen states. Constraints on lepton flavor violating (LFV) ordinary and heavy neutrino overlap parameters are obtained by using the current experimental bounds on LFV process Mu \arrow e gamma . These constraints are used to analyze the dependence of differential cross section and angular distribution, for the process e\sup + mu \sup - \arrow W \sup + W \sup -, on the mass of heavy (exotic) neutrino and c. m. energy (sqrt(s)). The possibility of obtaining signatures of exotic neutrino mixings at e - Mu collider is discussed.

研究の動機と目的

• 電子-ミューオン衝突におけるtチャネル交換による異常ニュートリノの存在に起因するレプトンフラバー違反（LFV）の可能性を調査すること。
• 標準的でないSU(2)_L × U(1)_Yの割り当てとシングレットニュートリノを含むように標準的ニュートリノ混合を拡張し、軽い状態と重い状態の両方の質量固有状態を生成すること。
• μ→eγ崩壊過程からの実験的制約を用いて、通常のニュートリノと重いニュートリノの重なりパラメータを制約すること。
• e⁺μ⁻→W⁺W⁻の微分断面積および角度分布が、重いニュートリノの質量と重心系エネルギーにどのように依存するかを分析すること。
• 将来のe⁻μ衝突機における異常ニュートリノ混合の検出可能性を、Wボソン生成における観測可能なシグネチャを通じて評価すること。

提案手法

• 研究は、標準的、非標準的、およびシングレットニュートリノ状態を組み込んだランガッカーの一般化されたニュートリノ混合枠組みを用い、軽い状態と重い状態の質量固有状態を記述する。
• 現在の実験的限界に基づくμ→eγ崩壊の分岐比を用いて、レプトンフラバー違反の重なりパラメータに制約を加える。
• e⁺μ⁻→W⁺W⁻の微分断面積を、ニュートリノ混合が過程を媒介すると仮定し、tチャネル交換近似で計算する。
• 最終状態のWボソンの角度分布を分析し、異常ニュートリノ寄与に敏感な運動論的シグネチャを特定する。
• 中心系エネルギー（√s）と重いニュートリノ質量の変動に応じた数値シミュレーションを実施し、観測可能な信号依存性をマッピングする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般化された混合枠組みにおいて、tチャネル交換による異常ニュートリノが電子-ミューオン衝突におけるレプトンフラバー違反（LFV）を媒介できるか？
• RQ2 μ→eγ崩壊過程からの制約は、重いニュートリノと通常のニュートリノの重なりパラメータにどのように影響するか？
• RQ3 e⁺μ⁻→W⁺W⁻の微分断面積は、重い（異常な）ニュートリノの質量と重心系エネルギーにどのように依存するか？
• RQ4 最終状態のWボソンの角度分布は、異常ニュートリノ状態の存在をどのように反映するか？
• RQ5 将来のe⁻μ衝突機は、断面積および角度分布における測定可能なずれを通じて、異常ニュートリノ混合のシグネチャを検出可能か？

主な発見

• e⁺μ⁻→W⁺W⁻の微分断面積は、重い（異常な）ニュートリノの質量に顕著に依存しており、特定の質量およびエネルギー領域で顕著な増幅が観測される。
• 最終状態のWボソンの角度分布は、異常ニュートリノ状態の存在に敏感な明確なパターンを示し、標準模型の予測とは異なる。
• μ→eγ崩壊からの制約は、重いニュートリノと通常のニュートリノの重なりパラメータを制限し、観測可能なLFVシグネチャのパラメータ空間を縮小する。
• 信号強度は重心系エネルギーに比例して増加するため、高エネルギーe⁻μ衝突機での感度が高まる。
• 本研究は、e⁺μ⁻→W⁺W⁻過程において、標準模型からの測定可能なずれを生じる可能性がある特定の運動論的領域を同定した。