[論文レビュー] Predictive Dark Matter from Left-Right Symmetry

Pei-Hong Gu|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、重い中性スカラーフェルミオンが、小ま系ニュートリノ質量を生成すると同時に、バリアンス生成のためのレプトン非対称性と、ダークマターとしての右巻きニュートリノの残存密度を生じさせる、左右対称モデルを提案する。ダークマターの性質はニュートリノ質量とバリオン非対称性によってきつく制約されており、非熱的生成された右巻きニュートリノは、銀河中心部の511 keVガンマ線放射を説明できる。

ABSTRACT

In the left-right symmetric models without bi-doublet Higgs scalars, the standard model fermions can obtain masses by integrating out heavy charged singlet fermions. We find the decays of heavy neutral singlet fermions, responsible for generating small neutrino masses, can simultaneously produce a left-handed lepton asymmetry for baryon asymmetry and a relic density of right-handed neutrinos for dark matter. Benefited from the left-right symmetry, the properties of the dark matter can be well determined by the neutrino masses and the baryon asymmetry. We also indicate that the decays of the non-thermally produced right-handed neutrinos can explain the observed fluxes of 511 keV photons from the Galactic bulge.

研究の動機と目的

• 小ま系ニュートリノ質量の起源を、バイダブル・ヒッグススカラの導入なしに説明すること。
• 同時に、バリアンス生成のためのレプトン非対称性と、ダークマターとしての右巻きニュートリノの残存密度を生成すること。
• 左右対称性を用いて、右巻きニュートリノダークマターの性質をニュートリノ質量と観測されたバリオン非対称性と直接的に関連させること。
• 非熱的崩壊による右巻きニュートリノの崩壊生成による、銀河中心部からの511 keV光子放射を説明すること。

提案手法

• 重い電荷付きシングレットフェルミオンを統合することで、左右対称モデル内での小ま系ニュートリノ質量を生成する。
• 重い中性シングレットフェルミオンの崩壊を分析し、左巻きレプトン非対称性と右巻きニュートリノダークマターを生成する。
• 左右対称性を用いて、右巻きニュートリノの質量をニュートリノ質量とバリオン非対称性に関連付ける。
• 右巻きニュートリノの非熱的生成率と、電子・陽電子対への崩壊による511 keV光子生成を計算する。
• 左右対称枠組みにおけるシー・スイープ機構を用いて、ダークマターとレプトン非対称性を同時に制約する。
• 右巻きニュートリノの崩壊幅と存在度を用いて、予測された511 keVフラックスを銀河中心部からの観測と一致させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重い中性シングレットフェルミオンの崩壊は、同時にレプトン非対称性と右巻きニュートリノダークマターの残存密度を生成できるか？
• RQ2 左右対称性は、ニュートリノ質量とバリオン非対称性と関連して、右巻きニュートリノダークマターの性質をどのように制約するか？
• RQ3 非熱的崩壊による右巻きニュートリノは、銀河中心部からの観測された511 keV光子フラックスを説明できるか？
• RQ4 重い電荷付きシングレットフェルミオンは、バイダブル・ヒッグススカラを必要とせず、小ま系ニュートリノ質量をどのように生成するか？
• RQ5 重い中性フェルミオンの崩壊過程を通じて、ダークマターの残存密度とバリオン非対称性はどのように関連しているか？

主な発見

• 重い中性シングレットフェルミオンは、バイダブル・ヒッグススカラを必要とせず、シー・スイープ機構を通じて小ま系ニュートリノ質量を生成できる。
• これらのフェルミオンの崩壊は、宇宙の観測されたバリオン非対称性に寄与する左巻きレプトン非対称性を生成する。
• 同じ崩壊過程により、ニュートリノ質量と密接に関連した性質を持つ右巻きニュートリノの残存密度が得られ、これはダークマターとして機能する。
• 右巻きニュートリノの非熱的崩壊は、銀河中心部からの観測と整合する511 keV光子を生成できる。
• ダークマターの存在度とバリオン非対称性は、左右対称性の制約下で、同じ崩壊過程を通じて同時に説明される。
• このモデルは、ニュートリノ質量生成、バリアンス生成、ダークマターを統一的に結びつけるフレームワークを提供し、511 keVラインに関する検証可能な予測を示す。