[論文レビュー] TeV scale double seesaw in left-right symmetric theories

Joydeep Chakrabortty|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、左対称理論におけるテヴスケールの二重シークソード機構を提案する。光るニュートリノ質量は、重いトリプレットフェルミオンと右巻きニュートリノの相互作用によって生じるが、両者とも少なくとも1つはテヴスケールに位置する。このモデルは、これらの重いフェルミオンの崩壊を通じたレプトゲネシスを可能にし、特徴的な衝突実験シグネチャを予測する。これにより、LHCおよびILCにおける多レプトン最終状態と特徴的な電荷配置を用いた検証が可能になる。

ABSTRACT

We extend the Type I and Type III seesaw mechanisms to generate neutrino masses within the left-right symmetric theories where parity is spontaneously broken. We construct a next to minimal left-right symmetric model where neutrino masses are generated through a variant $double$ seesaw mechanism. In our model at least one of the triplet fermions and the right handed neutrinos are at TeV scale and others are heavy. The phenomenological aspects and testability of the TeV scale particles at collider experiments are discussed. The decays of heavy fermions leading to leptogenesis are pointed out.

研究の動機と目的

• 左対称理論におけるタイプIおよびタイプIIIシークソード機構を拡張し、テヴスケールで小さなニュートリノ質量を生成すること。
• 両方のトリプレットフェルミオンと右巻きニュートリノがテヴスケールに位置する次に最小限の左対称モデルを構築すること。これにより、極めて高いスケールを必要としなくなる。
• この枠組みにおけるテヴスケールの重いフェルミオンの素粒子的妥当性と衝突実験での検証可能性を調査すること。
• 右巻きニュートリノおよびトリプレットフェルミオンの崩壊を通じたレプトゲネシス機構を調査し、特にループ誘導CP非対称性を含む。
• 実験的検出に適した特徴的な衝突実験シグネチャ、例えば、ネット電荷+2を示す六レプトン、五レプトン、四レプトン最終状態を特定すること。

提案手法

• 左対称ゲージ群 $SU(2)_L \otimes SU(2)_R \otimes SU(3)_C \otimes U(1)_{B-L}$ を、2つのヒッグスダブルットとバイダブルットヒッグス場で拡張し、左対称性の破れを実現する。
• 右巻きニュートリノとトリプレットフェルミオンを追加の物質場として導入し、後者は $SU(2)_L$ の随伴表現に変換する。
• ニュートリノ質量は二重シークソード機構により生成される。光るニュートリノ質量は、タイプIシークソード（右巻きニュートリノ）とタイプIIIシークソード（トリプレットフェルミオン）の相互作用によって生じる。シークソードスケールはテヴに調整される。
• レプトゲネシスのためのCP非対称性は、重いフェルミオンを含む1ループ自己エネルギーおよび頂点図を用いて計算される。右巻きニュートリノとトリプレットフェルミオンの両方からの寄与が含まれる。
• モデルには階層的な質量スペクトルが含まれる：$M_{\Sigma_2} < M_{N_2} < M_{\Sigma_1} < M_{N_3}$。これにより、トリプレットフェルミオンの3つのデジェネレート成分を考慮したCP非対称性への追加のループ寄与が可能になる。
• 最終的なバリオン非対称性は、CP非対称性と効率係数を組み合わせることで推定され、トリプレットフェルミオンの3つのデジェネレート成分を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 左対称理論において、トリプレットフェルミオンと右巻きニュートリノが両方ともテヴスケールにある場合に、二重シークソード機構を実現できるか？
• RQ2 このモデルにおけるテヴスケールのトリプレットフェルミオンと右巻きニュートリノの特徴的な衝突実験シグネチャは何か。特に多レプトン最終状態において。
• RQ3 重いフェルミオン（右巻きニュートリノおよびトリプレットフェルミオン）の崩壊がレプトゲネシスにどのように寄与するか。また、それによるCP非対称性は何か。
• RQ4 階層的質量極限において、自己エネルギー図と頂点図のCP非対称性への寄与の相対的寄与は何か。
• RQ5 このモデルは、同時にレプトゲネシスを説明でき、LHCおよびILCにおける観測可能な最終状態を通じて検証可能か？

主な発見

• モデルは、テヴスケールの右巻きニュートリノとトリプレットフェルミオンの相互作用によって光るニュートリノ質量を生成する、変種の二重シークソード機構を実現する。これにより、極めて高いスケールを必要としなくなる。
• 階層的極限において、右巻きニュートリノ崩壊からのCP非対称性は、$\varepsilon_{N_2} = -\frac{3}{16\pi}\frac{M_{N_2}}{M_{N_3}}\frac{\mathrm{Im}[(Y_N Y_N^\dagger)_{23}^2]}{\sum_i |(Y_N)_{2i}|^2}$ で与えられる。
• トリプレットフェルミオン崩壊からのCP非対称性は、異なる $SU(2)_L$ 要因のため、右巻きニュートリノ崩壊に比べて3分の1に抑制されるが、3つの成分があるため、熱的に平均化された崩壊幅は3倍大きい。
• 追加のCP非対称性寄与は、$M_{N_2} < M_{\Sigma_1}$ および $M_{\Sigma_2} < M_{N_{j}}$ を含むループ図から生じる。頂点補正からの式 $\varepsilon_{N_2}^{\Sigma_1}$ および $\varepsilon_{\Sigma_2}^{N_j}$ が導出される。
• モデルは特徴的な衝突実験シグネチャを予測する：ネット電荷+2の六レプトン、五レプトン、四レプトン最終状態。これにより、LHCおよびILCでの検証が極めて可能になる。
• テヴスケールの重いフェルミオンと妥当なレプトゲネシス機構の共存により、モデルは素粒子的豊かで実験的にもアクセス可能な性質を持つ。