[論文レビュー] Radiative Neutrino Model with Inert Triplet Scalar

Hiroshi Okada, Yuta Orikasa|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、一般のU(1)Yゲージ対称性の下で、不活性アイソスピン三重項スカラーを備えた1ループ放射ニュートリノ質量模型を提案する。ニュートリノ質量は、三重項スカラーと特異なフェルミオンを含むループ図によって生じる。この模型は、微小なニュートリノ質量、ミュオンの異常磁気モーメント、レプトンフラバー違反、およびシングレット型のボソン的ダークマター候補を同時に説明でき、主要な結果として$m=3$のとき$Δ a_\mu \sim 2\times10^{-11}$および$R_{\text{Ti}} \sim 10^{-15}$が得られ、今後の実験で検証可能である。

ABSTRACT

We study a one-loop induced radiative neutrino model with an inert isospin triplet scalar field, in which we discuss current neutrino oscillation data, lepton flavor violations, muon anomalous magnetic moment, and a dark matter candidate. We show global analysis combining all the constraints, and briefly mention another possibility.

研究の動機と目的

• 樹形レプトンフラバー違反を回避する不活性アイソスピン三重項スカラーを備えた最小の放射ニュートリノ質量模型の構築。
• 微小なニュートリノ質量、ミュオンの$g-2$、レプトンフラバー違反(LFV)、およびボソン的ダークマター候補の統一的説明。
• ニュートリノ振動、LFV過程、$g-2$、および直接検出に関する現在の制約の下での模型の実験的妥当性の探求。
• 特異な電荷レプトンを介した三重項スカラーの崩壊によって生じる、同符号双レプトン＋運動量欠損状態のLHC信号の特定。
• 宇宙論的および加速器実験の制約と整合するための新しい物理スケールおよび結合定数の決定。

提案手法

• 奇数$N$を持つ複素不活性アイソスピン三重項スカラー$\Delta$（ hypercharge $(1+N)/2$）と、シングレットスカラー$S$（hypercharge $(-1+N)/2$）を導入し、ダークマター安定性のための$Z_2$対称性を保つ。
• $L'$、$\Delta$、$L_L$間の$y_\Delta$ヤコビ結合を介した1ループニュートリノ質量機構を実装し、1ループでメジャノナ質量を生成。
• $L'$、$S$、$L_L$間のヤコビ結合$y_L$を導入し、電荷付きスカラーのループを介してLFV過程および$g-2$寄与を媒介。
• スカラーポテンシャルを用いて真空を安定化させ、標準模型のヒッグスが唯一の真空期待値を持つことを保証。
• $M_{\Psi^{\pm}}$、$M_X$（DM質量）、$y_\Delta$を含むパラメータ空間におけるグローバル数値スキャンを実施し、$\mu-e$変換、$g-2$、リリック密度、直接検出との整合性をテスト。
• $\Psi^{3\pm} \to \Psi^{2\pm} \to S^{2\pm} \to 2\ell^\pm$のような崩壊チェーンを解析し、$m=1,2,3$のときすべての特異状態が追加の特異粒子を介さずに標準模型場に崩壊することを保証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不活性アイソスピン三重項スカラーを備えた1ループ放射ニュートリノ質量模型は、ニュートリノ質量、ミュオンの$g-2$、レプトンフラバー違反、および妥当なダークマター候補を同時に説明できるか？
• RQ2 現在の実験的制約（$\mu-e$変換、$g-2$、直接ダークマター検出）から、模型のパラメータに課される制約は何か？
• RQ3 ハイパーチャージ量子数$m = (1+N)/2$の変化に伴い、模型の$\Delta a_\mu$の予測はどのように変化するか？
• RQ4 特に同符号双レプトン＋運動量欠損状態の最終状態において、三重項スカラーの特徴的なLHCシグネチャは何か？
• RQ5 $m \geq 4$の場合、すべての特異状態が標準模型またはダークマター状態に崩壊する条件下で、顕著な$\Delta a_\mu$を達成できるか？

主な発見

• $m=3$のとき、模型は$\Delta a_\mu \sim 2\times10^{-11}$を予測し、実験的乖離範囲内にあるが、現在の実験値よりは小さい。
• $m=1$のとき、リリック密度制約によりダークマター質量は$1.7\ \text{TeV} \leq M_X \leq 2.6\ \text{TeV}$に制限され、共鳴点は除外される。
• $m=2,3$のとき、チタニウムにおける最小の$\mu-e$変換率は$R_{\text{Ti}} \sim 10^{-15}$であり、将来の実験が$10^{-18}$感度を目標としている範囲内にある。
• $m=1$のとき、$\mu-e$変換率は$R_{\text{Ti}} \sim 10^{-16}$まで低下し、現在の制約と整合し、近い将来の実験で検証可能である。
• $m \geq 4$のとき、顕著な$\Delta a_\mu$を達成可能だが、三重項状態が標準模型場に崩壊できるように、追加の特異場（例：$h^\pm$、$k^{2\pm}$）を導入する必要がある。
• 模型は特徴的なLHCシグネチャを有する：$\Psi^{3\pm} \to \Psi^{2\pm} \to S^{2\pm} \to 2\ell^\pm$から生じる同符号双レプトン＋運動量欠損状態で、$y_\Delta$結合定数が樹形レプトンフラバー違反がないため、タイプIIシーイズモデルより大きい可能性がある。