[論文レビュー] Probing TeV Left-Right Seesaw at Energy and Intensity Frontiers: a Snowmass White Paper

P. S. Bhupal Dev, R. N. Mohapatra|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2013

Solar Radiation and Photovoltaics被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、タイプ-Iの見せかけ効果メカニズムを介して非常に小さなニュートリノ質量を生成する自然な枠組みとして、TeVスケールの左対称見せかけモデルを調査している。特に、重いニュートリノと軽いニュートリノの混合が強化されている。本研究では、このようなモデルが大型ハダロン衝突型加速器（LHC）における観測可能な信号（右側荷電現在および混合現在の寄与を介して）と、強度フロントランチャー実験における信号（μ→eγおよびμ→3eにおけるレプトン数非保存型のフラバー変換、および抑制されたがテスト可能なニュートリノなし二重ベータ崩壊）を予測することを示している。

ABSTRACT

We discuss ways to probe the origin of neutrino masses at the Energy and Intensity frontiers, in TeV-scale left-right seesaw models where small neutrino masses arise via type-I seesaw mechanism. We consider generic ('vanilla') version of such models as well as a version which leads to 'large' light-heavy neutrino mixing while keeping the neutrino masses small in a natural manner. We point out specific observable implications of these classes of models at the LHC as well as in searches for lepton flavor violating processes such as $μ o eγ$ and $μ o 3e$, and also in searches for lepton number violating neutrinoless double beta decay.

研究の動機と目的

• TeVスケールの左対称見せかけモデルが、小さなニュートリノ質量の謎を解消するための妥当な解決策であるかを検討すること。
• 重い-軽いニュートリノ混合に起因する、エネルギーフロントランチャー（LHC）における特徴的なコライダー信号を同定すること。
• μ→eγやμ→3eのようなレプトン数非保存型フラバー変換を介して、見せかけ効果メカニズムの強度フロントランチャー探査を検討すること。
• 将来のニュートリノなし二重ベータ崩壊実験が、モデルのパrameter空間に対してどの程度感度を持つのかを評価すること。
• 強化された重い-軽い混合が、自然に小さなニュートリノ質量を保ちながら、観測可能なLFV信号をもたらす可能性があることを示すこと。

提案手法

• TeVスケールの右側ニュートリノ質量およびメジャノラ質量項を有する一般的な（「バニラ」）左対称モデルを構築する。
• 特定の右側ニュートリノ質量行列の構造により、小さなニュートリノ質量を維持しながら、大きな軽い-重いニュートリノ混合を達成するモデルBという変種モデルを導入する。
• LHCにおけるコライダー断面積を評価し、右側荷電現在および、二ボソンおよび二レプトン最終状態における新しい右-左（RL）混合寄与に注目する。
• W_R、ν_R、および△^{++}状態を含む一次ループおよび一次レベルのダイアグラムを用いて、レプトン数非保存型フラバー変換過程の分岐比を計算する。
• 光子交換、重いメジャノラニュートリノ、および△^{++}ボソンの寄与を含む、ニュートリノなし二重ベータ崩壊の振幅を導出する。
• LFVおよび0νββ崩壊に関する現在の実験的制限を適用し、M_{W_R}、M_N、およびM_{ riangle^{++}}といったモデルパラメータを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールの左対称見せかけモデルにおける強化された重い-軽いニュートリノ混合は、標準的な右側現在寄与を超えて、LHCにおける観測可能な信号をもたらすか？
• RQ2 大きな軽い-重い混合を有するモデルにおいて、μ→eγおよびμ→3eの予測分岐比は何か？ そして、現在の実験的制限と比較するとどうなるか？
• RQ3 重いメジャノラニュートリノおよび△^{++}ボソンの寄与は、これらのモデルにおけるニュートリノなし二重ベータ崩壊の振幅にどのように影響するか？
• RQ4 μ→eγや0νββ崩壊を探索する強度フロントランチャー実験は、TeVスケールの左対称見せかけモデルのパラメータ空間をプローブできるか？
• RQ5 モデルBにおける0νββ振幅の抑制は、現在および近い将来の実験感度と整合的か？

主な発見

• LHCにおける二ボソンおよび二レプトン最終状態への右-左（RL）混合寄与は、標準的な右側および左側現在寄与を上回り、新たなコライダー断面積として特徴づけられる。
• M_{W_R} = 3 TeVおよびM_{ riangle^{++}} = 1 TeVのモデルBでは、μ→3eの予測分岐比は約3 × 10^{-13}であり、現在の実験的制限の範囲内にある。
• M_{ riangle^{++}} ≒ 1 TeVおよびM_{W_R} ≒ 5 TeVの場合、モデルBにおけるμ→eγの分岐比は約3 × 10^{-15}と推定され、現在の制限と整合的である。
• モデルBにおける0νββ崩壊振幅は、標準的な見せかけ効果と比較して10倍抑制されており、現在の実験では到達できない。
• 現在の実験的制限から、右側Wボソン質量に対して下限が得られる：M_{W_R} ≥ 3.5 TeV（M_N = 3 TeVの場合）、および△^{++}質量に対して下限が得られる：M_{ riangle^{++}} ≥ 500 GeV（M_{W_R} = 3.5 TeVおよびM_N = 3 TeVの場合）。
• LFV過程からの制約から、M_N / M_{ riangle^{++}} ≤ 0.1であることが示され、重いニュートリノと二重電荷ボソンの質量間に階層があることが示唆される。