[論文レビュー] Uncertainties in neutrinoless $\beta \beta $ decay transition matrix elements within mechanisms involving light Majorana neutrinos, classical Majorons and sterile neutrinos

P. K. Rath, R. Chandra+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2013

Neutrino Physics Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、PHFBモデルを用いて、Zr、Mo、Ru、Pd、Te、Ndの複数の同素体におけるニュートリノless二重ベータ崩壊の核行列要素（NME）の不確実性を定量的に評価し、軽量メジャノナニュートリノ、古典的メジャロン、およびステアイルニュートリノを含むメカニズムを検討した。最大の不確実性は、メジャノナおよび古典的メジャロンメカニズムで約15％に達する一方、ステアイルニュートリノの状況では、Jastrowを含まない場合4–20％、含む場合9–36％の範囲にのぼり、ステアイルニュートリノ質量とパラメータ化に依存する。

ABSTRACT

In the PHFB model, uncertainties in the nuclear transition matrix elements for the neutrinoless double-$\beta decay of $ ^{94,96}$Zr, $^{98,100}$Mo, $^{104}$Ru, $^{110}$Pd, $^{128,130}$Te and $^{150}$Nd isotopes within mechanisms involving light Majorana neutrinos, classical Majorons and sterile neutrinos are statistically estimated by considering sets of sixteen (twenty-four) matrix elements calculated with four different parametrization of the pairing plus multipolar type of effective two-body interaction, two sets of form factors and two (three) different parameterizations of Jastrow type of short range correlations. In the mechanisms involving the light Majorana neutrinos and classical Majorons, the maximum uncertainty is about 15% and in the scenario of sterile neutrinos, it varies in between approximately 4 (9)%--20 (36)% without(with) Jastrow short range correlations with Miller-Spencer parametrization, depending on the considered mass of the sterile neutrinos.

研究の動機と目的

• Zr、Mo、Ru、Pd、Te、Ndの同素体におけるニュートリノless二重ベータ崩壊（0νββ崩壊）の核行列要素（NME）に対する理論的不確実性の影響を評価すること。
• 有効相互作用、フォーム因子、および短距離相関のパラメータ化の変化に対するNMEの感受性を評価すること。
• 軽量メジャノナニュートリノ、古典的メジャロン、およびステアイルニュートリノの3つの異なるメカニズムにおけるNMEの不確実性を定量化すること。
• Jastrow型短距離相関の導入が、特にステアイルニュートリノ状況における不確実性範囲に与える影響を特定すること。
• 包括的なモデルパラメータのセットを用いて、複数の同素体にわたるNME不確実性の統計的推定を提供すること。

提案手法

• 12個の同素体における0νββ崩壊の核行列要素を計算するために、準粒子フォノン-フォノン結合（PHFB）モデルを用いる。
• ペアリングプラス多極的有効2体相互作用の4通りのパラメータ化を用い、相互作用形態への感受性を評価する。
• 2通りのフォーム因子と、2（または3）通りのJastrow型短距離相関のパラメータ化を適用し、核子-核子相関をモデル化する。
• 相互作用パラメータ、フォーム因子、相関モデルの変動を統合して、不確実性を統計的に推定する。
• 3つの崩壊メカニズム（軽量メジャノナニュートリノ、古典的メジャロン、ステアイルニュートリノ）に焦点を当て、それぞれのメカニズムに対して個別に不確実性を評価する。
• すべてのパラメータ組み合わせにおける最大および最小のNME値に基づき、不確実性範囲を報告する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軽量メジャノナニュートリノおよび古典的メジャロンを含むメカニズムにおいて、0νββ崩壊の核行列要素の最大不確実性はどの程度か？
• RQ2 ステアイルニュートリノ質量に応じて、0νββ崩壊メカニズムにおけるNMEの不確実性はどのように変化するか？
• RQ3 Jastrow型短距離相関は、ステアイルニュートリノ媒介の0νββ崩壊におけるNMEの不確実性範囲にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ4 有効相互作用およびフォーム因子の異なるパラメータ化は、同素体全体におけるNME値のばらつきにどのように影響するか？
• RQ5 短距離相関モデルの変動が、0νββ崩壊NMEの全体的な不確実性予算に及ぼす相対的影響はどの程度か？

主な発見

• 軽量メジャノナニュートリノおよび古典的メジャロンメカニズムでは、核行列要素の最大不確実性は約15％である。
• ステアイルニュートリノ状況では、Jastrowを含まない場合、ステアイルニュートリノ質量に応じて不確実性が約4％から20％の範囲にのぼる。
• Jastrow短距離相関を含むと、ステアイルニュートリノ媒介の0νββ崩壊における不確実性範囲は、再びステアイルニュートリノ質量に依存して9％から36％に拡大する。
• 短距離相関のMiller-Spencerパラメータ化は、他のパラメータ化と比較して、ステアイルニュートリノ状況においてより高い不確実性上限をもたらす。
• 有効相互作用およびフォーム因子の複数のパラメータ化の導入は、特にステアイルニュートリノチャネルにおいてNME推定値のばらつきに顕著な影響を及ぼす。
• 本研究は、NMEの不確実性が一様に分布しているのではなく、特にステアイルニュートリノメカニズムにおいてはモデルパラメータの選択に極めて感受されることを示している。