[論文レビュー] Sterile neutrinos at LBNE

D. Hollander, Irina Mocioiu|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2014

Neutrino Physics Research被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、新しい複素混合角を含む修正されたCasas-Ibarraパrametrizationを用いて、eVスケールの質量を有する不活性ニュートリノに対する長基線ニュートリノ実験（LBNE）の感度を調査している。LBNEが、特に三フラバーCP対称性の破れと不活性ニュートリノ効果がデゲネラシーを示す状況において、特定の不活性ニュートリノモデルを排他するか、それらを裏付ける証拠を提供できる能力を示している。Daya BayおよびT2K実験からの制約が、CP対称性の破れのデゲネラシーを解消するのを支援している。

ABSTRACT

In this paper we examine the sensitivity of the Long Baseline Neutrino Oscillation Experiment to the inclusion of two new sterile neutrino flavors with masses in the eV range. We implement a model with a modified Casas-Ibarra parametrization which can accommodate medium scale mass eigenstates and introduces a new complex mixing angle. We explore the new mixing angle parameter space and demonstrate how LBNE can be used to either provide evidence for or rule out a particular model of sterile neutrinos. Certain three-flavor CP-violation scenarios cannot be distinguished from the sterile neutrinos. Constraints from the Daya Bay reactor experiment and T2K are used to help lift this degeneracy.

研究の動機と目的

• 長基線ニュートリノ実験（LBNE）がeVスケールの質量を有する不活性ニュートリノに対して示す感度を評価すること。
• 不活性ニュートリノ寄与をモデル化するために、新しい複素混合角を含む修正されたCasas-Ibarraパラメータ化を考案・適用すること。
• 三フラバーCP対称性の破れの状況と、不活性ニュートリノ効果が互いにデゲネラシーを示す状況を区別すること。
• ダイヤバヤ・原子炉実験およびT2K実験からの外部制約を用いて、パラメータ空間のデゲネラシーを解消すること。

提案手法

• 中間スケールの質量固有状態を有する2つの不活性ニュートリノ状態を含むようにCasas-Ibarraパラメータ化を適応する。
• 標準的な三ニュートリノ混合フレームワークを拡張するため、新しい複素混合角を導入する。
• 拡張された混合行列を用いてLBNEの振動確率をシミュレートし、新たなパラメータ空間における感度を評価する。
• 原子炉（Daya Bay）および加速器（T2K）実験からの制約を組み込み、パラメータ空間のデゲネラシーを低減する。
• 三フラバーCP対称性の破れの状況と不活性ニュートリノモデルとの間で比較分析を行い、区別可能なシグネチャを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LBNEは、三フラバーCP対称性の破れとeVスケールの質量を有する不活性ニュートリノの存在を区別できるか？
• RQ2 修正されたCasas-Ibarraパラメータ化で導入された新しい複素混合角に対するLBNEの感度はいかほどか？
• RQ3 Daya BayおよびT2Kからの制約は、不活性ニュートリノモデルと標準的なCP対称性の破れ状況との間のデゲネラシーをどのように解消するか？
• RQ4 LBNEは、不活性ニュートリノパラメータ空間のどの領域を排他または確認できるか？

主な発見

• LBNEは、特に新しい複素混合角が非ゼロである領域において、eVスケールの質量を有する不活性ニュートリノモデルに対して顕著な感度を示す。
• 新しい複素混合角の導入により、宇宙論的および天体物理学的制約と整合する中間スケールの質量固有状態をモデルが適切に扱えるようになる。
• LBNEのデータとDaya BayおよびT2K実験からの制約を組み合わせることで、三フラバーCP対称性の破れと不活性ニュートリノ効果の間のデゲネラシーが解消される。
• 三フラバーモデルにおけるCP対称性の破れ効果を模倣する特定の不活性ニュートリノシナリオは、LBNEの高精度な振動測定により排他または確認できる。