[論文レビュー] Sterile Neutrinos

R. N. Mohapatra|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 1999

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、標準模型のパリティ二重化版である鏡の性質を持つセクターを仮定し、そのセクターが同じゲージおよび物質内容を持つため、W/Zボソンと相互作用しない軽いニュートリノ（不活性ニュートリノ）を生成すると提案している。このモデルは、LSND、太陽、大気のデータから観測されたニュートリノ振動を説明でき、既知のニュートリノ質量を説明するのと同じメカニズムによって、不活性ニュートリノの極めて軽い質量を自然に説明する。

ABSTRACT

A simultaneous understanding of the results of the LSND experiment indicating $ u_{\mu}- u_e$ oscillation together with other evidences for neutrino oscillations from solar and atmospheric neutrino data seems to require the existence of at least one sterile neutrino. One can also give other plausible astrophysical arguments that seem to require light sterile neutrinos. A major theoretical challenge posed by their existence is to understand why they are so light. A scenario is presented where one assumes a parity doubling of the standard model with identical matter and gauge content. The neutrinos of the parity doubled (mirror) sector are light for the same reason that the known neutrinos are light and since they do not couple to the known W and Z bosons, they can be identified with the sterile neutrinos. Some of the implications and possible tests of this hypothesis are mentioned.

研究の動機と目的

• LSND、太陽、大気ニュートリノ実験からの矛盾するニュートリノ振動データを統合すること。
• 不活性ニュートリノが極めて軽い理由という理論的難問を解明すること。
• 不活性ニュートリノが同じゲージおよび物質内容を持つ鏡のセクターから生じることを提案すること。
• 鏡の対称性によって、不活性ニュートリノがWおよびZボソンと結合しないことを説明すること。
• 不活性ニュートリノの性質を天体的および実験的信号を通じてテストできるフレームワークを提供すること。

提案手法

• 可視セクターと同一のゲージおよび物質内容を持つ鏡セクターを有するパリティ二重化標準模型を仮定する。
• 鏡ニュートリノが、既知のニュートリノ質量を説明するのと同じメカニズム（例：スイープやメジャナ型質量）によって軽いと仮定する。
• 鏡ニュートリノが既知のWおよびZボソンと結合しないことから、不活性ニュートリノと特定する。
• 可視セクターと鏡セクターの対称性を用いて、鏡ニュートリノ質量が既知のニュートリノと同じメカニズムで自然に軽くなることを保証する。
• 混合や崩壊率を含む、不活性ニュートリノの性質に関する現象論的予測を導出する。
• モデルの予測に基づき、実験的および天体的テストの可能性を提示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パリティ二重化標準模型は、LSNDの異常および他のニュートリノ振動データを説明できるか？
• RQ2 なぜ不活性ニュートリノは他の既知の粒子よりもはるかに軽いのか？
• RQ3 WおよびZボソンと結合しない場合、不活性ニュートリノはどのように生成され、検出可能か？
• RQ4 鏡セクターのニュートリノは、宇宙論および天体物理学にどのような意味を持つのか？
• RQ5 鏡セクターモデルは、実験的または天体的観測によってテスト可能か？

主な発見

• このモデルは、鏡セクターにスイープ機構を拡張することで、不活性ニュートリノの小さな質量を自然に説明する。
• このモデルにおける不活性ニュートリノは、既知のWおよびZボソンと結合しない鏡セクターの軽いニュートリノとして特定される。
• このモデルは、ミュオンから電子ニュートリノへの振動を示すLSND信号と、他のニュートリノ振動データを同時に説明できる。
• パリティ二重化構造のおかげで、鏡ニュートリノは既知のニュートリノと同じメカニズムによって自然に軽いままである。
• ニュートリノ振動実験および天体的観測において、検証可能なシグナル（例：ダークマター、X線線スペクトル）を示唆する。
• 鏡セクターにおけるW/Zボソンとの結合の不在により、鏡ニュートリノは真に不活性であることが保証される。