[논문 리뷰] Bridges of Low Energy observables with Leptogenesis in mu-tau Reflection Symmetry

Y. H. Ahn, Sin Kyu Kang외 2명|ArXiv.org|2008. 11. 10.

Fractal and DNA sequence analysis인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 GUT 스케일에서 세우 스케일으로의 리노멀화 군(RG) 진화가 $\mu$-$\tau$ 반사 대칭성을 깨뜨리며, 무거운 메이저라 네우트리노에서 미세한 질량 분할과 CP 위상 변화를 유도한다. 이러한 RG 유도 효과는 공명적 $e$-리프토젠esis를 가능하게 하여, 저에너지에서의 CP 위반(중성미자 진동에서 측정 가능)을 직접적으로 기초로 하여 바이온 비대칭성 생성과 연결한다. 향후 콜라이더에서의 $\tan\beta$ 측정을 통해 검증 가능한 예측을 제공한다. 이 메커니즘은 관측된 바이온 비대칭성 $\eta_B$를 성공적으로 생성하면서도, 최대값에서의 $\theta_{23}$ 및 $\delta_{\rm CP} = \pi/2$에 대한 작은 편차를 유지한다. 핵심 결과는 관측 가능한 중성미자 진동에서의 CP 위반과 물질-반물질 비대칭성 기원 사이의 직접적 연결을 수립한다는 것이다.

ABSTRACT

We consider an exact mu-tau reflection symmetry in neutrino sectorrealized at the GUT scale in the context of the seesaw model with and without supersymmetry. Assuming the two lighter heavy Majorana neutrinos are degenerate at the GUT scale, it is shown that the renormalization group (RG) evolution from the GUT scale to the seesaw scale gives rise to breaking of the mu-tau symmetry and a tiny splitting between two degenerate heavy Majorana neutrino masses as well as small variations of the CP phases in Y_nu, which are essential to achieve a successful leptogenesis. Such small RG effects lead to tiny deviations of theta_{23} from the maximal value and the CP phase delta_{CP} from pi/2 imposed at the GUT scale due to mu-tau reflection symmetry. In our scenario, the required amount of the baryon asymmetry eta_B can be generated via so-called resonant e-leptogenesis, in which the wash-out factor concerned with electron flavor plays a crucial role in reproducing a successful leptogenesis. We show that CP violation responsible for the generation of baryon asymmetry of our universe can be directly linked with CP violation measurable through neutrino oscillation as well as neutrino mixing angles theta_{12} and theta_{13}. We expect that, in addition to the reactor and long baseline neutrino experiments, the measurements for the supersymmetric parameter tan{beta} at future collider experiments would serve as an indirect test of our scenario of baryogenesis based on the mu-tau reflection symmetry.

연구 동기 및 목표

• GUT 스케일에서의 $\mu$-$\tau$ 반사 대칭성이 RG에 의해 유도되는 대칭성 깨짐을 통해 성공적인 리프토젠esis로 이어질 수 있는지 탐색한다.
• 무거운 메이저라 네우트리노 질량과 CP 위상에 대한 작은 RG 보정이 바이온 생성을 위한 충분한 CP 위반을 어떻게 유도하는지 조사한다.
• 저에너지에서의 중성미자 진동에서의 CP 위반(측정 가능하게 $\theta_{13}$과 $J_{\rm CP}$를 통해)과 우주의 바이온 비대칭성 사이의 직접적 연결을 수립한다.
• 이중 $\mu$-$\tau$ 대칭 세우 모델 내에서 공명 리프토젠esis에서의 전자 플레버 워시아웃의 역할을 검토한다.
• 향후 콜라이더에서의 $\tan\beta$ 측정이 이 리프토젠esis 메커니즘을 간접적으로 검증할 수 있을 것임을 제안한다.

제안 방법

• GUT 스케일에서 정확한 $\mu$-$\tau$ 반사 대칭성과 가벼운 두 개의 중성 메이저라 네우트리노가 디제너레이트되어 있음을 가정한다.
• GUT 스케일에서 세우 스케일로의 리노멀화 군 방정식(RGEs)을 적용하여, 요카비 상수, 메이저라 질량, CP 위상에 대한 보정을 계산한다.
• RGEs를 사용하여 디르아 요카비 행렬 $\widetilde{Y}_\nu$의 반사 보정을 유도하며, 특히 $\widetilde{H}_{12} = \widetilde{Y}_\nu \widetilde{Y}_\nu^\dagger$를 통해 $\mu$-$\tau$ 대칭성이 깨지는 원리를 분석한다.
• 가장 가벼운 중성 메이저라 네우트리노의 붕괴에서의 CP 비대칭성을 계산하며, 공명 리프토젠esis를 가능하게 하기 위해 전자 플레버 붕괴 모드에 집중한다.
• RG 보정 매개변수 $\epsilon$이 $y_\tau^2$와 $\tan\beta$에 어떻게 의존하는지 유도하며, 초대칭 표준모형(SSM)에서 효과가 증폭됨을 보여준다.
• 반사 보정된 $\widetilde{H}_{12}$의 허수부를 저에너지 CP 불변량인 $J_{\rm CP}$와 $\theta_{13}$과 연결하여, 관측 가능한 CP 위반과 바이온 생성 사이의 직접적 연결을 수립한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GUT 스케일에서 세우 스케일로의 RG 진화가 $\mu$-$\tau$ 반사 대칭성을 충분히 깨뜨려 성공적인 리프토젠esis를 유도할 수 있는가?
• RQ2 무거운 메이저라 네우트리노 질량과 CP 위상에 대한 작은 RG 유도 분할이 공명적 $e$-리프토젠esis에서의 렙톤 비대칭성에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ3 저에너지에서의 CP 위반 매개변수($\theta_{13}$, $J_{\rm CP}$)가 $\mu$-$\tau$ 대칭 세우 모델에서 RG 보정을 통해 바이온 비대칭성과 얼마나 밀접하게 연결될 수 있는가?
• RQ4 왜 이 시나리오에서 전자 플레버 워시아웃이 성공적인 바이온 생성을 위해 필수적인가?
• RQ5 향후 콜라이더에서의 $\tan\beta$ 측정이 이 리프토젠esis 메커니즘을 간접적으로 검증하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• GUT 스케일에서의 RG 진화는 두 개의 디제너레이트된 중성 메이저라 네우트리노 사이에 미세한 질량 분할을 유도하며, 이는 공명 리프토젠esis를 가능하게 한다.
• 반사 보정된 $\widetilde{H}_{12}$ 성분의 허수부는 $\sin\Delta\phi_{12}$에 비례하며, 이는 $\mu$-$\tau$ 대칭성에 의해 고정되며 저에너지 CP 위반과 연결된다.
• 공명 효과로 인해 $e$-플레버 채널에서의 CP 비대칭성이 증폭되어, 작은 CP 위반으로도 성공적인 바이온 생성이 가능하다.
• 모델은 최대값에서의 $\theta_{23}$ 및 $\delta_{\rm CP} = \pi/2$에 대한 작은 편차를 예측하며, 현재의 실험적 제약과 일치한다.
• RG 보정의 크기 $\epsilon$은 표준모형(SM)에서는 $y_\tau^2$에 비례하고, 초대칭 표준모형(SSM)에서는 $y_\tau^2(1 + \tan^2\beta)$에 비례하므로, $\tan\beta$는 핵심 간접 탐사 도구가 된다.
• 총 렙톤 비대칭성은 공명적으로 증폭되며, 전자 플레버 비대칭성이 지배적으로 작용하여 충분한 바이온 비대칭성 $\eta_B$가 생성된다.