[論文レビュー] What does a non-vanishing neutrino mass have to say about the strong CP problem?

P. Q. Hung|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、電弱-鏡ニュートリノ模型（EW-νRモデル）において、ヒッグスシングレットを通じた標準模型と鏡クォークの間の複素ヤコビ係数が小さなCP対称性破れ位相を生成する非アキソン的解決策を提案する。この結果、大きなメジャノラ質量とディラック質量の比に起因するシー・スイッチ抑制により、有効なθ̄パラメータは10⁻¹⁰未満に保たれ、鏡フェルミオンのずれた崩壊を通じてLHCで検出可能な署名を提供する。

ABSTRACT

A new solution to the strong CP problem with distinct experimental signatures at the LHC is proposed. It is based on the Yukawa interactions between mirror quarks, Standard Model (SM) quarks and Higgs singlets. (Mirror quarks and leptons which include non-sterile right-handed neutrinos whose Majorana masses are proportional to the electroweak scale, form the basis of the EW-$ν_R$ model.) The aforementioned Yukawa couplings can in general be complex and can contribute to $Arg\, Det M$ ($\barθ = θ_{QCD} + Arg\, Det M$) at tree-level. The crux of matter in this manuscript is the fact that {\em no matter how large} the CP-violating phases in the Yukawa couplings might be, $Arg\, Det M$ can remain small i.e. $\barθ < 10^{-10}$ for reasonable values of the Yukawa couplings and, in fact, vanishes when the VEV of the Higgs singlet (responsible for the Dirac part of the neutrino mass in the seesaw mechanism) vanishes. The smallness of the contribution to $\barθ$ is {\em principally due} to the smallness of the ratio of the two mass scales in the seesaw mechanism: the Dirac and Majorana mass scales.

研究の動機と目的

• ペチェイ・クインのアキソンを導入せず、またはラグランジアンに明示的なCP保存を仮定せず、強いCP問題を解決すること。
• 複素ヤコビ係数が存在するにもかかわらず、有効なCP対称性破れパラメータθ̄ = θQCD + ArgDetM が10⁻¹⁰未満に保たれる理由を説明すること。
• 鏡フェルミオンとヒッグスシングレットを含むモデルにおけるシー・スイッチ機構が、自然にArgDetMの小ささを生み出す仕組みを示すこと。
• 非ゼロのニュートリノ質量と強いCP対称性破れを結びつける、検証可能なEW-νRモデル内のフレームワークを提供すること。
• このモデルがニエルセン＝ニノミヤの禁断定理を回避し、電弱精度制約を満たすこと

提案手法

• 標準模型クォークと鏡クォークの両方が同じゲージ群SU(3)×SU(2)×U(1)に従う二セクター構造を導入する。
• 左ヒッグスクォークと右鏡クォークの間の混合を媒介するヒッグスシングレットφSを導入し、ディラック質量を生成する。
• シー・スイッチ機構を用いる：ディラック質量mD ∝ vSは、メジャノラ質量MR ∝ vMに比べてはるかに小さいため、mν ≈ mD²/MRとなる。
• 6×6クォーク質量行列（標準模型および鏡クォーク）からCP対称性破れ位相ArgDetMを計算し、mD/MRによる抑制が生じることを示す。
• 小さな混合の極限において6×6質量行列の対角化を行い、各クォークタイプごとに4×4ブロックに簡略化することを仮定する。
• ArgDetM ∝ mν / mquark であることを示し、mD ≪ MRの階層によりθ̄ < 10⁻¹⁰が達成されることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ペチェイ・クインのアキソンを導入せず、またはラグランジアンにCP保存を仮定しない場合、強いCP問題を解決できるか？
• RQ2 ヤコビ係数が複素数であっても、なぜCP対称性破れ位相ArgDetMが10⁻¹⁰未満に保たれるのか？
• RQ3 EW-νRモデルにおけるシー・スイッチ機構が、有効なθ̄パラメータを10⁻¹⁰未満に抑制するメカニズムは何か？
• RQ4 このモデルは電弱精度データおよびLHCの素粒子物理学的現象と整合性を持つのか？
• RQ5 この枠組みにおける鏡フェルミオンの実験的署名、特にそのずれた崩壊は何か？

主な発見

• 複素ヤコビ係数が存在するにもかかわらず、mD/MRによるシー・スイッチ抑制のおかげで、有効なCP対称性破れパラメータθ̄は10⁻¹⁰未満に保たれる。
• ヒッグスシングレットの真空期待値vS → 0のとき、ArgDetMはゼロに近づくため、θ̄の小ささがシー・スイッチ機構と関連づけられる。
• 鏡フェルミオンを導入することで、標準模型フェルミオンとベクトル型のペアを形成し、ニエルセン＝ニノミヤの禁断定理を回避する。
• 小さなヤコビ係数のおかげで、鏡クォークおよびレプトンはfᴹ → f + φSの過程でずれた頂点で崩壊可能であり、LHCにおける特徴的な署名を提供する。
• クォーク系におけるCP対称性破れ位相はmν / mquarkに比例し、シー・スイッチによるニュートリノ質量生成が、必要な抑制を提供する。
• 鏡セクターがゲージ不変な枠組みに埋め込まれているため、125 GeVのヒッグスボソンおよび電弱精度制約と整合している。