[論文レビュー] Radiative Corrections to Light Neutrino Masses in Low Scale Type I Seesaw Scenarios and Neutrinoless Double Beta Decay

J. López-Pavón, Emiliano Molinaro+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2015

Neutrino Physics Research被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、低スケール型I見通しモデルにおける軽いニュートリノ質量の放射修正と、それらがゼロニュートリノ双ベータ崩壊（0νββ）に与える影響を調査する。重いメジャノナニュートリノによる有効メジャノナ質量への顕著な寄与は、木レベルと1ループ寄与の間で微調整されたキャンセルが行われる場合にのみ可能であり、その必要となる微調整の程度を定量的に評価し、1ループ効果を含む一般化されたカサス＝イバラパrametrizationを導入する。

ABSTRACT

We perform a detailed analysis of the one-loop corrections to the light neutrino mass matrix within low scale type I seesaw extensions of the Standard Model and their implications in experimental searches for neutrinoless double beta decay. We show that a sizable contribution to the effective Majorana neutrino mass from the exchange of heavy Majorana neutrinos is always possible, provided one requires a fine-tuned cancellation between the tree-level and one-loop contribution to the light neutrino masses. We quantify the level of fine-tuning as a function of the seesaw parameters and introduce a generalisation of the Casas-Ibarra parametrization of the neutrino Yukawa matrix, which easily allows to include the one-loop corrections to the light neutrino masses.

研究の動機と目的

• 低スケール型I見通し状況における重いメジャノナニュートリノが、ゼロニュートリノ双ベータ崩壊における有効メジャノナニュートリノ質量に顕著に寄与できる条件を特定すること。
• 1ループ補正を含めた場合に、重いニュートリノ寄与が0νββ崩壊率に顕著に寄与するようにするための微調整の程度を定量化すること。
• 1ループ補正を組み込んだ一般化されたカサス＝イバラパラメータ表示を導出すること。
• 直接探索、電荷レプトンフラバー違反、およびPMNS行列の非ユニタリティという制約を含む、全パラメータ空間の分析を行うこと。
• 観測可能な0νββ崩壊率を得るための十分な活性-断片的ニュートリノ混合を生じる見通し実装は何かを明確にすること。

提案手法

• 重い右手系ニュートリノ基底のユニタリ変換を用いて、型I見通し枠組みにおける軽いニュートリノ質量行列の1ループ補正を導出する。
• 軽いニュートリノ質量行列をディラック質量行列と変換された重いメジャノナ質量行列の関数として表すことで、1ループ効果を含む修正されたカサス＝イバラパラメータ表示を導入する。
• ループ関数F(x)を用いて、メジャノナ質量行列への1ループ寄与を計算し、級数展開と閉形式の簡略化により対数項の明示的解析的表現を導出する。
• 宇宙論的制約、直接探索、レプトンフラバー違反を含む全パラメータ空間の数値的分析を行い、重いニュートリノ寄与が顕著となる領域の有効性を評価する。
• 木レベル寄与と1ループ寄与の比を用いて微調整を定量化し、見通しパラメータの関数として微調整尺度を定義する。
• 拡張された見通しと逆見通しの極限を分析し、特定の状況における1ループ補正の解析的表現を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 GeVを超える質量を持つ重いメジャノナニュートリノが、ゼロニュートリノ双ベータ崩壊における有効メジャノナニュートリノ質量に顕著に寄与できる条件は何か？
• RQ2 重いメジャノナニュートリノによる0νββ崩壊率への顕著な寄与を可能にするには、活性-断片的ニュートリノ混合がどの程度の大きさである必要があるか？
• RQ3 1ループ補正を含めた場合に、重いニュートリノ寄与が支配的になるようにするための微調整の程度はどの程度か？
• RQ4 一般化されたカサス＝イバラパラメータ表示は、低スケール見通しモデルにおける木レベルと1ループ寄与の相互作用を正確に記述できるか？
• RQ5 直接探索、電荷レプトンフラバー違反、および非ユニタリティの制約は、0νββ崩壊への重いニュートリノ寄与の有効性にどのように影響するか？

主な発見

• 重いメジャノナニュートリノによる有効メジャノナニュートリノ質量への顕著な寄与は、軽いニュートリノ質量行列における木レベル寄与と1ループ寄与の間で微調整されたキャンセルが行われる場合にのみ可能である。
• 重いニュートリノ質量が数GeVを超える場合、0νββ崩壊率への顕著な寄与を得るためには、大きな活性-断片的ニュートリノ混合が必要である。
• 重いニュートリノ質量が10 GeVを超えると、支配的となる重いニュートリノ寄与を得るための微調整の程度が著しく増加する。
• 一般化されたカサス＝イバラパラメータ表示は、1ループ補正を適切に組み込み、見通しダイナミクスを完全に制御できるパラメータ空間の体系的分析を可能にする。
• 拡張された見通し極限では、導出されたループ関数の対数形を用いて、軽いニュートリノ質量行列への1ループ補正を解析的に表現できる。
• 逆見通し極限では、1ループ寄与に対しても閉形式の表現が得られ、この方法が異なる見通し実装にわたり堅牢であることを確認する。