[論文レビュー] The Simplest Models of Radiative Neutrino Mass: Excluding Simplified Zee Models and Beyond

Sandy S. C. Law, Kristian L. McDonald|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、最小性の基準（最小の新規場、恣意的な対称性なし、最小の自由パラメータ）を適用して、放射型ニュートリノ質量の最も単純なモデルを同定し、評価する。2つの新しい最小モデル（電荷付きシングレットと、スカラーとしてのトリプレットまたはダブレットを含む）を提案するが、現在のニュートリノ質量および混合データを用いてそれらを除外する。ZeeモデルおよびZee-Babuモデルが、唯一の妥当な2場の放射型ニュートリノ質量モデルのままである。

ABSTRACT

The complexity of radiative neutrino-mass models can be judged by: (i) whether they require the imposition of ad hoc symmetries, (ii) the number of new multiplets they introduce, and (iii) the number of arbitrary parameters that appear. Adopting the view that the imposition of arbitrary new symmetries is the least appealing approach, the simplest models have two new multiplets and a minimal number of new parameters. With this in mind, we search for the simplest models of radiative neutrino mass. We are lead to two new models, containing a real scalar triplet and a charged scalar doublet (respectively), in addition to the charged singlet scalar considered by Zee [h^+\sim(1,1,2)]. The new models are essentially simplified versions of the Zee model and appear to be \emph{the simplest} models of radiative neutrino mass. However, these models are only of pedagogical interest; despite successfully generating nonzero masses, present-day data is sufficient to rule them out. The lessons learned from these models also enable one to exclude a more general class of radiative models. Moving beyond the minimal cases, we find a new model of two-loop masses that employs the charged doublet Φ\sim(1,2,3) and the doubly-charged scalar k^{++}\sim(1,1,4).

研究の動機と目的

• 最小性の基準（最小の新規場、恣意的な対称性なし、最小のパラメータ数）を用いて、放射型ニュートリノ質量の最も単純な実現可能なモデルを同定すること。
• 複雑さに基づいて放射型ニュートリノ質量モデルを体系的に分類し、現在の実験的データを用いてその妥当性を評価すること。
• 理論的に魅力的ではあるが、観測されたニュートリノ質量および混合パrameterと整合しない候補となる最小モデルを除外すること。
• 現在のデータが、質量および混合の制約に基づいて、放射型ニュートリノ質量モデルの全体的なクラスを純粋に除外できることを示すこと。
• 最小モデルが除外されることによる、放射型ニュートリノ質量のスケーム全体およびUV完備化の広範な地図に与える影響を検討すること。

提案手法

• 恣意的な対称性の依存性、新規の標準模型を超えた（BSM）多重生成子の数、自由パラメータの数の3つの基準に基づく複雑さ評価フレームワークを適用する。
• 恣意的な対称性を必要とせず、正確に2つのBSM多重生成子を持つ放射型ニュートリノ質量モデルを同定し、2つの新しいモデルを発見する：1つは電荷付きトリプレット、もう1つは電荷付きダブレットを含む。
• ニュートリノ質量および混合データを用いた素性的解析により、これらのモデルが実験的制約と整合するかを検証する。
• 一般化されたZeeモデル（スカラーが(1,4,1)として変換するもの）を含むより広いクラスのモデルに対しても分析を拡張し、それもデータによって除外されることを示す。
• ループ図（例：図7）を用いて、除外されたモデルの一般的な構造を説明する。ここでは、Wボソンまたはスカラーの交換が、フレーバー保存型ニュートリノ質量生成を媒介する。
• 特に、その研究でカラーフィールドの優先がなされた基準との差異に起因する不一致を解消するために、先行研究（特に参考文献[17]）と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの新しいBSM多重生成子と恣意的な対称性を必要としない最小の放射型ニュートリノ質量モデルは何か？
• RQ2 そのような最も単純なモデルは、現在のニュートリノ質量および混合データによって除外できるか？
• RQ3 質量および混合の制約のみを用いて除外できる、放射型ニュートリノ質量モデルのより広いクラスは何か？
• RQ4 電荷付きシングレットとトリプレットまたはダブレットスカラーを含むモデルが、その単純さにもかかわらず、なぜ実験データと一致しないのか？
• RQ5 除外結果が、小さなニュートリノ質量を生成するメカニズムとしての放射型ニュートリノ質量の妥当性に与える影響は何か？

主な発見

• 2つの新しい最小放射型ニュートリノ質量モデルを提案した：1つは電荷付きトリプレット $\Delta\sim(1,3,0)$ を含み、もう1つは電荷付きダブレット $\Phi\sim(1,2,3)$ を含む。両者とも、電荷付きシングレット $h^+\sim(1,1,2)$ を用いる。
• これらの2つの新しいモデルは、理論的単純性と元のZeeモデルに類似しているにもかかわらず、現在のニュートリノ質量および混合データによって除外される。
• ZeeモデルおよびZee-Babuモデルが、恣意的な対称性を必要としない唯一の妥当な2場の放射型ニュートリノ質量モデルのままである。
• 2つのスカラー場 $S_{1,2}\sim(1,4,1)$ を持つ一般化されたZeeモデルも、同じデータによって除外される。これは、より広範な除外パターンを示している。
• 複数の最小モデルが除外されることにより、現在のニュートリノデータが、新しい加速器実験を要せずとも、放射型ニュートリノ質量モデルの全体的なクラスを否定できることを示している。
• 結果から、放射型ニュートリノ質量が正しいメカニズムであるならば、ZeeモデルやZee-Babuモデルのような2場の構造をはるかに超えて、より多くのBSM場を含む可能性が高いことが示唆される。これは、第5節で提示された新しい3場2ループモデルが示す通りである。