[論文レビュー] Small neutrino masses due to R-symmetry breaking for a small cosmological constant

Rhys Davies, Matthew McCullough|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 12

ひとこと要約

この論文では、小さな宇宙定数を達成するために必要なR対称性の破壊から自然に小さなディラックニュートリノ質量が生じる、超対称的モデルを提案する。TeVスケールの超パートナーミニマルな低スケールSUSY破れの状況では、このメカニズムはSUSY破れスケールに依存せずニュートリノ質量を生成し、純粋なディラックニュートリノと、電荷を帯びたスカラーの崩壊によるフラーバー特異的コライダー信号を予測する。

ABSTRACT

We describe a class of supersymmetric models in which neutrinos are kept light by an R-symmetry. In supergravity, R-symmetry must be broken to allow for a small cosmological constant after supersymmetry breaking. In the class of models described here, this R-symmetry breaking results in the generation of Dirac neutrino masses, connecting the tuning of the cosmological constant to the puzzle of neutrino masses. Surprisingly, under the assumption of low-scale supersymmetry breaking and superpartner masses close to a TeV, these masses are independent of the fundamental supersymmetry-breaking scale, and accommodate the correct magnitude. This offers a novel explanation for the vastly different scales of neutrino and charged fermion masses. These models require that R-symmetric supersymmetry exists at the TeV scale, and predict that neutrino masses are purely Dirac, implying the absence of neutrino-less double beta-decay. Interesting collider signals can arise due to charged scalars which decay leptonically, with branching ratios determined by the neutrino mixing matrix.

研究の動機と目的

• 新しい小さなパラメータや高エネルギースケールを導入せずに、ニュートリノ質量の小ささを説明すること。
• 宇宙定数のチューニングをR対称性の破壊を通じてニュートリノ質量の起源と結びつけること。
• 低スケールSUSY破れの状況において、ニュートリノ質量が自然に生じるメカニズムを提案すること。
• ニュートリノ質量のない二重ベータ崩壊とコライダー実験におけるテスト可能なシグネチャーを予測すること。
• 特定の仮定の下で、ディラックニュートリノ質量がSUSY破れスケールに依存しないことを示すこと。

提案手法

• ニュートリノが弱エネルギー スケールの質量を獲得しないように保護するR対称性を導入し、それが軽いニュートリノを保証する。
• 超重力理論におけるR対称性の破壊を用いて宇宙定数をキャンセルし、同時にディラックニュートリノ質量を生成する。
• TeVスケールの超パートナーミニマルな低スケールSUSY破れと、O(1)の結合定数を仮定し、生成されたニュートリノ質量が観測値と一致することを保証する。
• R荷重2のスカラー場（Rノーサイン）を導入し、ヤコビ型相互作用を通じてニュートリノと結合させ、直接的にレプトンへの崩壊を可能にする。
• R対称性の破壊項からニュートリノ質量行列を導出し、それが重力ヒノ質量スケールに依存せず自然に小さくなることを示す。
• コライダーの素粒子物理学的性質を分析し、電荷を帯びたRノーサインスカラーの、PMNS行列に従ったフラーバーが決定される孤立レプトンへの崩壊に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新しい小さなパラメータや高エネルギースケールを導入せずに、ニュートリノ質量の小ささを説明できるか？
• RQ2 超対称的モデルにおいて、小さな宇宙定数と小さなニュートリノ質量の間に自然な関係があるか？
• RQ3 低スケールSUSY状況におけるR対称性の破壊が、適切な大きさのディラックニュートリノ質量を生成できるか？
• RQ4 R対称性の破壊が示すコライダーのシグネチャーは、他のSUSYモデルと区別できるか？
• RQ5 このメカニズムはニュートリノ質量のない二重ベータ崩壊を予測するが、その条件は何か？

主な発見

• R対称性の破壊により、ニュートリノ質量が適切なスケール（約0.1 eV）で自然に生じ、SUSY破れスケールに依存しない。
• このモデルは純粋なディラックニュートリノを予測するため、将来の実験でニュートリノ質量のない二重ベータ崩壊は観測されないだろう。
• 電荷を帯びたRノーサインスカラーは、PMNS混合行列に従った分岐比でレプトンに崩壊し、フラーバー特異的な最終状態を生じる。
• 通常のニュートリノ質量順序では、崩壊は主にμおよびτレプトンに支配され、θ₁₃が小さい場合には電子への分岐比は無視できる。
• Rノーサインスカラーの直接的レプトンへの崩壊モードが支配的になるのは、mν₃/m₃/₂ ≳ 10⁻³ のときであり、SOHDMのようなモデルでは自然に満たされる。
• このモデルはコライダーイベントにおいて高多重度の最終状態を予測し、PMNS行列に反映されたフラーバーを持つ孤立レプトンという特徴的なシグネチャーを持つ。