[논문 리뷰] Classically Conformal Radiative Neutrino Model with Gauged B-L Symmetry

Hiroshi Okada, Yuta Orikasa|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 전자기적 대칭성과 B-L 대칭을 가진 고전적으로 등각적인 복사 보정 시에우스 모델을 제안하며, 전자기적 대칭성 깨짐과 메조라나 중성미오 질량 생성이 콜럼버-바인버그 메커니즘을 통해 역동적으로 유도된다. 이 모델은 동시에 매우 작은 중성미오 질량, 어두운 물질(중성 $N_R$를 통해), 그리고 명시적 질량 항 없이 전기약대칭 깨짐을 설명하며, 벤치마크 점에서 $\mu\to e\gamma$, $Z'$, 그리고 중성미오 진동 제약 조건과 일관성을 유지한다.

ABSTRACT

We discuss a classically conformal radiative neutrino model with gauged B$-$L symmetry, in which the B$-$L symmetry breaking can occur through the Coleman-Weinberg mechanism. As a result, Majorana mass term is generated and EW symmetry breaking also occurs. We show some allowed parameters to satisfy several theoretical and experimental constraints. Theoretical constraints are inert conditions and Coleman-Weinberg condition. Experimental bounds are lepton flavor violation(especially μ-> e γ), the current bound on the $Z'$ mass at LHC, in additions to the neutrino oscillations.

연구 동기 및 목표

• 명시적 질량 항 없이 매우 작은 중성미오 질량을 설명하는 최소한의 고전적으로 등각적인 복사 보정 시에우스 모델을 구축하기.
• 등각 대칭성을 통해 테브 스케일과 플랑크 스케일 사이의 중간 스케일을 피하여 위계 문제를 해결하기.
• B-L 대칭 깨짐을 통한 콜럼버-바인버그 메커니즘을 통해 전기약대칭 깨짐과 메조라나 중성미오 질량을 동시에 생성하기.
• 불안정 조건, 콜럼버-바인버그 조건 등의 이론적 제약과 렙톤의 맛 위반, $Z'$, 중성미오 진동 등의 실험적 한계를 만족시키기.
• 모든 제약 조건을 충족시키는 가능성이 있는 벤치마크 점을 특정하며, 이는 $N_R$ 필드에서 유래한 어두운 물질 후보를 포함한다.

제안 방법

• 최소한의 복사 보정 시에우스 모델에 $U(1)_{B-L}$ 대칭을 도입하며, $B-L$에 전하를 지닌 오른쪽 중성미오 $N_R$와 스칼라 싱게트론 $\varphi$를 포함한다.
• 어두운 물질 후보를 보호하고 가장 가벼운 $N_R$의 안정성을 확보하기 위해 $Z_2$ 대칭을 구현한다.
• 콜럼버-바인버그 메커니즘을 사용하여 $B-L$ 게이지 보손 질량과 $B-L$ 힉스 진공 기대값을 역동적으로 생성함으로써 전기약대칭 깨짐을 유도한다.
• 하나의 루프 복사 보정 시에우스를 통해 $\Phi$, $\eta$, $\varphi$ 필드를 포함한 중성미오 질량 행렬을 구성하며, 메조라나 질량은 $B-L$ 깨짐을 통해 생성된다.
• 스칼라, 요카다, 게이지 커플링의 1-루프 RGE 방정식을 사용하여 커플링의 양자역학적 진화를 수행한다.
• 이론적 및 실험적 제약 조건을 적용하여 모든 경계 조건을 충족시키는 벤치마크 점을 특정한다. 이는 $\mu\to e\gamma$, $Z'$, 그리고 중성미오 진동 데이터를 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고전적으로 등각적인 복사 보정 시에우스 모델이 명시적 질량 항 없이 전기약대칭 깨짐과 메조라나 중성미오 질량을 동시에 생성할 수 있는가?
• RQ2 가환 $B-L$ 대칭은 콜럼버-바인버그 메커니즘을 통해 어떻게 $B-L$ 대칭 깨짐과 전기약대칭 깨짐을 동시에 유도하는가?
• RQ3 $B-L$에 전하를 지닌 스칼라 $\varphi$는 어떻게 중성미오 질량을 생성하고 어두운 물질 후보를 안정화하는가?
• RQ4 $\mu\to e\gamma$, $Z'$, 그리고 중성미오 진동에서 유래한 제약 조건은 모델의 타당한 매개변수 공간을 어떻게 형성하는가?
• RQ5 최소한의 등각적 프레임워크 내에서 모든 이론적 및 실험적 제약 조건을 만족시키는 벤치마크 점을 찾을 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 콜럼버-바인버그 메커니즘을 통해 $B-L$ 대칭 깨짐에 의해 유도되는 비영이 아닌 메조라나 중성미오 질량과 전기약대칭 깨짐을 성공적으로 생성한다.
• 모든 이론적 제약 조건을 충족시키는 벤치마크 점이 특정되었으며, 이는 스칼라 포텐셜 안정성에 대한 불안정 조건과 콜럼버-바인버그 조건을 포함한다.
• 모델은 $\mu\to e\gamma$와 같은 렙톤의 맛 위반 과정을 예측하며, 분해율이 $4.2\times10^{-13}$ 이하로 현재 실험 한계 내에 있다.
• $Z'$ 보손 질량은 4.5 테바르보다 높게 예측되며, LHC의 $M_{Z'} > 4.5$ 테바르 제약 조건과 일치한다.
• 정상적인 중성미오 질량 순서와 약 0.005 eV 정도의 가장 가벼운 중성미오 질량을 가진다. 이는 중성미오 진동 데이터를 충족시킨다.
• $N_R$ 오른쪽 중성미오는 안정된 어두운 물질 후보로 기능하며, 질량은 약 1.2 테바르이며, 관측된 잔여 밀도와 일치한다.