[論文レビュー] Sneutrino Leptogenesis at the Electroweak Scale

John Ellis, Sin Kyu Kang|ArXiv.org|May 18, 2005

Neutrino Physics Research被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、非零のメジャノンニュートリノ質量を有するモデルにおけるソフトな超対称性破れによって誘発されるCP対称性の破れによる混合を介して、電弱スケールにおける左ラダー型スネュートリノの非平衡崩壊によって、電弱スケールでのレプトン数生成を提案する。この機構は、観測された宇宙のバリオン数非対称性を説明するに十分なレプトン非対称性を生成し、予測されるCP非対称性は10⁻⁶〜10⁻⁷のオーダーであり、コライダーでの同じ符号のディレプトン信号を通じて観測可能である可能性がある。

ABSTRACT

We propose an alternative mechanism for leptogenesis at the electroweak scale, through the decays of a left-handed sneutrino. This scenario may be realized in supersymmetric models with non-zero Majorana masses for the neutrino superfield that lead to mixing and mass splitting between the left-handed sneutrino and the corresponding antisneutrino. Soft supersymmetry breaking provides new sources of CP violation in sneutrino-antisneutrino mixing that can generate a lepton asymmetry in decays of the left-handed sneutrino. We show how the three Sakharov conditions for generating the observed baryon asymmetry of the Universe can be fulfilled in this restrictive framework.

研究の動機と目的

• 従来のレプトン生成理論が要求する高エネルギースケールを避けて、電弱スケールで宇宙のバリオン数非対称性を生成する新しいメカニズムを提案すること。
• 超対称モデルにおけるソフトな超対称性破れ項が、スネュートリノ-反スネュートリノ混合におけるCP対称性の破れの新たな源として機能することを調査すること。
• バーサコフの3条件（バリオン数/レプトン数の破れ、CおよびCP対称性の破れ、熱的平衡からの逸脱）が、この低エネルギー枠組みで満たされることを示すこと。
• 観測されたバリオン数非対称性を生成するという観点から、このメカニズムの妥当性を評価し、潜在的なコライダー信号を同定すること。

提案手法

• モデルは、ニュートリノスーパーフィールド内の非零のメジャノン質量によって誘発される質量スプリングに起因する、左ラダー型スネュートリノとその反粒子との混合を導入する。
• スネュートリノ-反スネュートリノ混合は、超対称性破れによって関連づけられるΔL=2相互作用から導かれる$ ilde{ u}$-$ar{ ilde{ u}}$混合パラメータによって駆動される。
• CP対称性の破れは、混合パラメータ$A_ u$の虚数部によって生じる。この虚数部は、ソフトな超対称性破れ項によって生成される。
• スネュートリノ崩壊におけるCP非対称性$ar{ ho}$は、質量スプリング$ riangle m_{ ilde{ u}}$、崩壊幅$ ilde{ u}$、および混合振幅の虚数部を含む式を用いて計算される。
• スネュートリノ密度およびレプトン非対称性のボルツマン方程式が検討され、有効性係数$ ilde{ ho}$はおおよそ1のオーダーであると推定される。
• 最終的なバリオン非対称性は、スファラロン再処理係数と平衡状態のスネュートリノの出力率を用いて導出され、$n_B/s$の定量的予測が得られる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱スケールに位置する左ラダー型スネュートリノが、観測された宇宙のバリオン数非対称性を説明するに十分なレプトン非対称性を生成できるか？
• RQ2 ソフトな超対称性破れ項が、スネュートリノ-反スネュートリノ混合における実現可能なCP対称性の破れの源として機能できるか？
• RQ3 バリオン数/レプトン数の破れ、CP対称性の破れ、熱的平衡からの逸脱という、3つのバーサコフ条件が低エネルギー超対称理論枠組み内で満たされる可能性があるか？
• RQ4 このメカニズムのコライダーでのシグネチャ、特にスネュートリノ-反スネュートリノ対の崩壊から生じる同じ符号のディレプトンイベントについて、どのような特徴があるか？
• RQ5 チアリンオやニュートラリノ、スネュートリノが媒介するウォッシュアウト過程は、この状況下で最終的なレプトン非対称性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• モデルは、スネュートリノ-反スネュートリノ混合におけるソフトSUSY破れ項に起因するCP対称性の破れを介して、電弱スケールでのレプトン生成を実現する。
• CP非対称性$ar{ ho}$は10⁻⁶から10⁻⁷のオーダーと推定され、有効性係数$ ilde{ ho}$がおおよそ1のオーダーである場合、観測されたバリオン数非対称性を生成するのに十分である。
• 数値的見積もりにより、$|ar{ ho}| imes ilde{ ho} hicksim 10^{-6} - 10^{-7}$が得られ、観測された$n_B/s hicksim (3.4-6.9) imes 10^{-10}$と整合的である。
• 質量スプリング$ riangle m_{ ilde{ u}}$は、$A_N$、$B_N$、および$ ilde{ u}$の質量が同程度のとき、約10⁻² eVと推定され、顕著な混合を可能にする。
• このシナリオは、$ ilde{ u}$-$ar{ ilde{ u}}$対の崩壊から生じる同じ符号のディレプトンイベントを介したコライダーでのシグネチャを予測するが、CP非対称性はおそらく近い将来には観測困難である。
• チアリンオ/ニュートラリノおよびスネュートリノ媒介の散乱断面積はボルツマン抑制を受けるため、ウォッシュアウト過程は抑制され、生成された非対称性の大部分が生存する。