[논문 리뷰] A see-saw scenario of an $A_4$ flavour symmetric standard model

Dinh Nguyen Dinh, N. Anh Ky외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 02. 24.

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한 줄 요약

이 논문은 표준모형의 A₄ 계열 대칭성 확장 내에서 유형-I 시즈모 메커니즘을 제안하며, A₄ 타원형으로서의 세 개의 힉스 두중자와 세 개의 단일 상태, 그리고 네 개의 오른쪽 수중성자(한 개의 타원형과 세 개의 단일 상태)를 도입하여 작은 수중성자 질량을 생성한다. 이 모형은 현재의 실험 데이터와 T2K 협동 연구의 δCP에 대한 최근 결과와 일치하는, 수중성자 혼합 매개변수, CP 위반 위상, 그리고 무이중베타 붕괴의 효과적 메조론 질량을 성공적으로 예측한다.

ABSTRACT

A see-saw scenario for an $A_4$ flavour symmetric standard model is presented. The latter, compared with the standard model, has an extended field content adopting now an additional $A_4$ symmetry structure (along with the standard model symmetry). As before, the see-saw mechanism can be realized in several models of different types depending on different ways of neutrino mass generation corresponding to the introduction of new (heavy in general) fields with different symmetry structures. In the present paper, a general description of all these see-saw types is made with a more detailed investigation on type-I models, while for type-II and type-III models a similar strategy can be followed. As within the original see-saw mechanism, the symmetry structure of the standard model fields decides the number and the symmetry structure of the new fields. In a model considered here, the scalar sector consists of three standard-model-Higgs-like iso-doublets ($SU_L(2)$-doublets) forming together an $A_4$-triplet, and three iso-singlets transforming as three singlets (1,$1^{'}$ and $1^{''}$) of $A_4$. In the lepton sector, the three left-handed lepton iso-doublets form an $A_4$-triplet, while the three right-handed charged leptons are either $A_4$-singlets in one version of the model, or components of an $A_4$-triplet in another version. To generate neutrino masses through, say, the type-I see-saw mechanism, it is natural to add four right-handed neutrino multiplets, including one $A_4$-triplet and three $A_4$-singlets. For an interpretation, the model is applied to deriving some physics quantities such as neutrinoless double beta decay effective mass $|\langle m_{ee} angle|$, CP violation phase $δ_{CP}$ and Jarlskog parameter $J_{CP}$, which can be verified experimentally.

연구 동기 및 목표

• 작은 수중성자 질량과 혼합 패턴을 설명하기 위해 표준모형을 A₄ 가족 대칭성으로 확장한다.
• 오른쪽 수중성자를 위한 A₄ 다중 상태를 사용하여 유형-I 시즈모 메커니즘을 구현하여 마요라나 질량을 생성한다.
• 무이중베타 붕괴의 효과적 질량, CP 위반 위상 δCP, 그리고 자를스키오 불변량과 같은 관측 가능한 양을 예측한다.
• 추가적인 이산 대칭성(예: Z₃×Z₄)을 요구하지 않고도 최근 T2K 결과의 δCP와 일관성을 유지한다.

제안 방법

• 스칼라 섹터는 세 개의 SU(2)L 두중자를 포함하며, A₄ 타원형으로서의 조합과 A₄ 단일 상태(1, 1′, 1″)로 구성된다.
• 르프톤 섹터는 왼쪽 수중성자들을 A₄ 타원형에 할당하고, 오른쪽 수중성자들을 A₄ 단일 상태 또는 A₄ 타원형에 할당한다.
• 네 개의 오른쪽 수중성자를 도입한다: 하나의 A₄ 타원형과 세 개의 A₄ 단일 상태로, 이는 유형-I 시즈모 메커니즘을 가능하게 한다.
• 요카드 항과 질량 항에 대해 정규화된 전개를 적용하여 경량 수중성자 질량 행렬과 혼합 구조를 유도한다.
• 모델의 질량 고유상태에서 PMNS 혼합 행렬을 재구성하여 δCP, JCP, 및 |⟨mee⟩|를 추출한다.
• 모델의 예측을 수중성자 진동 데이터의 글로벌 피팅과 T2K 협동 연구의 δCP 측정치와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 A₄ 가족 대칭성이 시즈모 모형에 일관되게 통합되어 작은 수중성자 질량을 생성할 수 있는가?
• RQ2 A₄ 구조는 수중성자 혼합 각도와 CP 위반 위상에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이 모형은 현재의 실험 한계와 일치하는 무이중베타 붕괴의 효과적 메조론 질량 |⟨mee⟩|을 예측할 수 있는가?
• RQ4 예측된 δCP 및 JCP 값은 최근 실험 데이터, 특히 T2K의 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 추가적인 이산 대칭성의 도입 없이도 관측된 삼중 이등분 혼합에서의 편차를 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 삼중 이등분 혼합에서의 편차를 포함한 수중성자 진동 데이터의 글로벌 피팅과 일치하는 혼합 패턴을 예측한다.
• CP 위반 위상 δCP의 예측 값은 T2K 협동 연구의 최근 측정치와 정상적인 및 역전 수중성자 질량 순서 모두에서 뛰어난 일치를 보인다.
• 효과적 메조론 질량 |⟨mee⟩|는 현재 진행 중이거나 향후 예정된 무이중베타 붕괴 실험의 감도 범위 내에 예측된다.
• 자를스키오 불변량 JCP는 비영이 아니며, 모형 내에서 렙톤 부문의 CP 위반 존재를 확인한다.
• 추가 대칭성(예: Z₃×Z₄)을 요구하지 않음으로써 모형의 구조가 단순화된 일관된 시즈모 메커니즘을 달성한다.
• 요카드 항과 질량 항의 페르미온 전개 분석이 관측된 수중성자 질량 분리와 혼합 각도를 성공적으로 재현한다.