[論文レビュー] TeV-scale seesaw with non-negligible left-right neutrino mixings

Naoyuki Haba, Tomohiro Horita+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2011

Neutrino Physics Research参考文献 21被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、小さな活性ニュートリノ質量を維持しつつ、非可逆的でない左-右ニュートリノ混合を有する自然なTeVスケールのシー・サブ・メカニズムを提案する。Dirac質量行列を (M_D)_{33} が支配的かつ (M_R^{-1})_{33} → 0 となるように配置することにより、大きな左-右混合を実現しつつ、軽いニュートリノ質量をeV未満に保つ。このモデルは sin²θ₁₃ ≈ 0.01–0.04（sinθ₁₃ ≈ 0.10–0.20）を予測し、進行中のニュートリノ振動実験で検証可能である。

ABSTRACT

We suggest natural TeV-scale seesaw with non-negligible left-right neutrino mixings as preserving tiny neutrino masses. Our analysis is exhibited, without loss of generality, by taking a basis of the neutrino matrices, in which the condition to obtain the left-right mixings is clear. We also suggest a flavor symmetry as an underlying theory, which naturally realizes our setup to preserve tiny neutrino masses. Our setup can predict a magnitude of sin theta_13 in a region of 0.10 to 0.20, depending on the deviation from maximal atmospheric neutrino mixing and CP phase. We also investigate experimental constraints and phenomenology in our setup.

研究の動機と目的

• 小さなニュートリノ質量と大きな左-右混合の間の矛盾を、シー・サブモデルにおいて解消すること。
• 超重い右手型ニュートリノを必要としない自然なTeVスケールのシー・サブ機構を構築すること。
• 左-右ニュートリノ混合が実験的に検出可能である条件を特定し、同時に小さな活性ニュートリノ質量を維持すること。
• 望ましい質量行列構造へ自然に至るためのフレーバー対称性の実装を提案すること。
• 同じ符号の二重レプトンイベントや μ→eγ、0νββ 衰変からの制約を含む、素粒子的側面の探索。

提案手法

• 左-右混合条件が明示的に可視化されるニュートリノ質量行列の基底を用い、一般性を失わず、場の回転によって解析する。
• 大規模な左-右混合が xM ∼ m かつ b ≪ 1 のとき、a ≪ 1 の簡略化のもとで生じることを示すために、2フラバーの模型を分析する。
• 連続的な回転（例：U₂₃(θ)）を適用して4×4ニュートリノ質量行列を対角化し、シー・サブ式を用いて有効な軽いニュートリノ質量行列を抽出する。
• 有効なPMNS混合行列を左側、右側、および回転に起因する混合行列の積として導出する。
• SU(2)×U(1)ゲージ対称性とフラバーフィールドを用いて、必要な質量行列テクスチャーを生成するフレーバー対称モデルを構築する。
• yw − z² = 0 などの条件を課すことにより、右手型ニュートリノ質量を degenerate にし、共鳴的レプトゲネシスを可能にするとともに、μ→eγおよび0νββ 衰変の振幅を抑制する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールのシー・サブモデルにおいて、活性ニュートリノ質量をeVスケールに保ちながら、左-右ニュートリノ混合を大きくできるか？
• RQ2 M_D と M_R のどの行列構造が、超重い右手型ニュートリノを必要とせずに、非可逆的でない左-右混合を生じさせるか？
• RQ3 最大大気混合からのずれとCP位相が、sinθ₁₃ の予測にどのように影響するか？
• RQ4 フレーバー対称性が、小さな活性ニュートリノ質量と検出可能な左-右混合を自然に実現できるか？
• RQ5 このようなモデルのコライダーおよび希少崩壊のシグネチャは何か、特に同じ符号の二重レプトンイベントおよび μ→eγ について。

主な発見

• 3フラバー系において、(M_D)_{33} が支配的かつ (M_R^{-1})_{33} → 0 であるように配置することで、1フラバー系の (sinθ ∼ 10⁻⁶) に相当する非可逆的でない左-右ニュートリノ混合が実現される。
• シー・サブ式を用いて有効な軽いニュートリノ質量行列が導出され、m_ν ∼ M_D M_R^{-1} M_D^T として表され、非対角項の寄与が抑制される。
• モデルは、最大大気混合からのずれやCP位相に依存して、sinθ₁₃ を0.10から0.20の範囲で予測する。
• 0νββ 衰変が禁止されていても、同じ符号の二重レプトン断面積（e⁺e⁺, e⁺μ⁺, μ⁺μ⁺）はLHCで観測可能である。
• yw − z² = 0 の条件下で、右手型ニュートリノ質量が退化（M₂ ≈ M₃）することで、μ→eγの振幅がキャンセルされ、きびしい実験的制約を満たす。
• 2つの重い右手型ニュートリノがほぼ退化しているため、共鳴的レプトゲネシスが可能となり、TeVスケールの質量で成功したバリオゲネシスが可能になる。