[論文レビュー] Weak-scale implications of thermal leptogenesis in SUSY

Sacha Davidson|ArXiv.org|Apr 12, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、超対称性の見せかけモデルにおける熱的レプトン生成を調査し、重力ソリトン再加熱温度の上限が、最も軽い右巻きニュートリノ質量を約10^9 GeVに制限することを示しており、これによりレプトンのフラバー違反の観測可能な予測が得られる。また、バリオン非対称性が熱的レプトン生成によって生成されるためには、大きなニュートリノ混合角と非ゼロのCHOOZ角（θ₁₃ ~ 0.04）が好まわれ、将来の実験でτ → ℓγの崩壊が検出可能になる可能性がある。

ABSTRACT

Thermal leptogenesis is an attractive mechanism for generating the baryon asymmetry of the Universe. However, in supersymmetric models, the parameter space is severely restricted by the gravitino bound on the reheat temperature $T_{RH}$. Using a parametrisation of the seesaw in terms of weak-scale inputs, the low-energy footprints of thermal leptogenesis are discussed.

研究の動機と目的

• 熱的レプトン生成の低エネルギー効果が超対称性の見せかけモデルに与える影響を調査すること。
• RGEとニュートリノ・スネュートリノ質量行列を介して、高エネルギー領域の見せかけパラメータ（Yν, M）を弱エネルギー領域の観測量に結びつけること。
• レプトンフラバー違反崩壊や非ゼロのCHOOZ角といった、レプトン生成と重力ソリトン再加熱温度の上限の相互作用から生じる検証可能な予測を特定すること。
• GUTスケールの構造や理論的モデルに依存しない、弱エネルギー領域の入力を用いた見せかけの下からのパラメータ化を提供すること。
• 観測されたバリオン非対称性を生成しつつ、宇宙論的制約を満たすパラメータの範囲を特定すること。

提案手法

• 低エネルギー観測量（mν, m~ν², W = VL U）を用いた見せかけの下からのパラメータ化を実施。ここでWは、ニュートリノ質量固有状態基底とYνが対角化される基底との関係を表す。
• RGEを用いて、Yνとメジャナ型質量行列Mを、低エネルギーのスlepton質量とフラバー違反過程に結びつける。
• バリオン非対称性（YB）をM₁、Γ、CP非対称性δの関数として表し、YB ∝ (M₁ / 10⁹ GeV) × (Γ / 3×10⁻⁴) × δの式を用いる。
• 重力ソリトンの制約T_RH ≤ 10⁹–10¹² GeVを課し、これによりM₁ ≤ T_RHとなり、十分な非対称性を生成するためにはM₁ ≈ 10⁹ GeVである必要がある。
• 行列Wを分析し、Yνの構造と特にτ → μγおよびτ → eγの分岐比に現れる観測可能なレプトンフラバー違反との関係を特定する。
• 等高線プロットを用いて、M₁ = f×10⁹ GeV（f = 1,3,6,9）のときYB > 2×10⁻¹¹となるパラメータ空間の領域（W₁₃およびV_L12 + V_L13）をマッピングする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重力ソリトン再加熱温度の上限を考慮した場合、超対称性の見せかけモデルにおける熱的レプトン生成の低エネルギー的兆候は何か？
• RQ2 熱的レプトン生成の文脈において、ニュートリノ混合角とCHOOZ角θ₁₃は、ヤコビ行列Yνの構造とどのように関係するか？
• RQ3 熱的レプトン生成がバリオン非対称性の起源である場合、レプトンフラバー違反崩壊（例：τ → ℓγ）は観測可能になるか？
• RQ4 観測されたバリオン非対称性を生成するという要請が、最も軽い右巻きニュートリノ質量M₁にどのような制約を課えるか？
• RQ5 ニュートリノとスネュートリノ質量基底を結ぶ行列Wが、最大のCP非対称性と観測可能なフラバー違反を引き起こす条件は何か？

主な発見

• 重力ソリトン再加熱温度の上限により、最も軽い右巻きニュートリノ質量M₁は10⁹ GeVの非常に狭い範囲に制限される。これはT_RH ≤ 10⁹ GeVを要請するためである。
• 観測されたバリオン非対称性を生成するためには、CP非対称性δがO(1)である必要があり、これはW ≈ I（単位行列）である場合に実現される。これにより、スleptonの混合角がニュートリノの混合角と同程度のオーダーになる。
• W ≈ U（MNS行列）の場合、非ゼロのCHOOZ角θ₁₃ ~ 0.04が予測される。これは、大きなニュートリノ混合角が軽いニュートリノ質量行列を対角化することによって生じる場合に対応する。
• τ → eγおよびτ → μγの分岐比は、観測可能な大きさになると予測され、信号強度はスlepton混合角の二乗に比例する。
• 等高線プロットにより、M₁ = f×10⁹ GeV（f = 1,3,6,9）のとき、W₁₃およびV_L12 + V_L13が十分に大きい領域ではYB > 2×10⁻¹¹となることが示され、パラメータ空間に測定可能な領域があることが明らかになった。
• 最小のヤコビカップリングy₁は、RGEによるスlepton質量への寄与が極めて小さいため、低エネルギーで実質的に測定不能であるが、M₁とWによって定まる値はバリオン非対称性条件を満たすように固定される。