[논문 리뷰] Common Origin for CP Violation in Cosmology and in Neutrino Oscillations

K. S. Babu, Yanzhi Meng외 1명|ArXiv.org|2008. 12. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 두 개의 준가역적인 오른쪽 수소 중성자를 가진 MSSM에서, 초기 우주에서의 렙토제네시스와 중성자 진동에서의 CP 위반을 동시에 지배하는 단일 CP 위반 위상이 존재하는 통합 프레임워크를 제안한다. 텍스처 특화된 양자수 상수 행렬을 사용하여, 중성자 혼합 각도와 CP 위상 간의 상관관계를 예측하고, 우주론적 자료를 통해 |δ|의 제약을 설정하며, tanβ > 12인 공명 렙토제네시스를 통해 TeV 스케일의 오른쪽 수소 중성자 질량을 가능하게 하여 중성미자 문제를 피한다.

ABSTRACT

We suggest predictive scenarios for neutrino masses which provide a common origin for CP violation in early universe cosmology and in neutrino oscillations. Our setup is the seesaw mechanism in the context of MSSM with two quasi-degenerate right-handed neutrinos, with baryon asymmetry generated via resonant leptogenesis. Three different models are found with specific textures in the Yukawa coupling matrices, each with a single phase which controls leptogenesis and neutrino CP violation. One model leads to normal hierarchy of light neutrino masses and the prediction tan theta_13 = sin theta_12 \sqrt{m_2/m_3}, resulting in a value of the reactor mixing angle theta_13 very close to the current experimental lower limit. The other two models predict inverted hierarchical neutrino mass spectrum with the sum rules sin^2 theta_12 = 1/2-tan theta_23 sin theta_ 13 cos delta and sin^2 theta_12 = 1/2+cot theta_23 sin theta_13 cos delta respectively. We obtain a lower bound for the phase |delta| in the normal hierarchical model, and a narrow range for |delta| for the inverted hierarchical model from cosmology. In our scenario, the mass-splitting between the quasi-degenerate right-handed neutrinos arise via renormalization group flow, which provides a lower limit on the MSSM parameter tan beta > 12. The right-handed neutrino masses can be as low as TeV, which would avoid the gravitino problem generic to supersymmetric models.

연구 동기 및 목표

• TeV 스케일의 오른쪽 수소 중성자 질량을 가능하게 하여 초대칭 렙토제네시스에서의 중성미자 과잉 생성 문제를 해결하기 위해.
• 양자수 상수 행렬 내 단일 위상에 의해 우주론적 렙토제네시스와 중성자 진동에서의 CP 위반의 공통된 기원을 확립하기 위해.
• 우주론적 및 진동 데이터를 사용하여 CP 위상 δ와 반응기 혼합 각도 θ₁₃을 제약하기 위해.
• 근접한 가역적인 오른쪽 수소 중성자와 공명 렙토제네시스를 가능하게 하며 특정 혼합 각도의 합 규칙을 예측하는 타당한 중성미자 질량 텍스처를 규명하기 위해.

제안 방법

• 두 개의 준가역적인 오른쪽 수소 중성자(RHNs)를 가진 MSSM에서 공명 렙토제네시스를 구현하여, RHN 질량이 TeV 수준까지 낮아지도록 한다.
• 플라버 대칭을 사용하여 디르악 양자수 상수 행렬을 특정 텍스처(A, B₁, B₂)로 제약하며, 각각 단일 CP 위반 위상이 존재한다.
• 재규격화 군 흐름을 적용하여 준가역적인 RHN 간의 작은 질량 분리를 생성하며, tanβ > 12에 의존한다.
• 보른 방정식과 효율 계수를 사용하여 RHN 붕괴에서 기인한 양성자 비대칭을 계산하고, 부드러운 SUSY 깨짐 항목을 고려한다.
• 역행성 질량 계층 모델에서 sin²θ₁₂를 θ₂₃, θ₁₃, δ에 대한 합 규칙으로 유도한다.
• 글로벌 중성자 진동 피팅 자료(2σ 범위)를 사용하여 모델 파라미터를 제약하고 정상 계층 모델에서 θ₁₃를 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양자수 상수 행렬 내 단일 CP 위반 위상이 동시에 중성자 진동에서의 CP 위반과 렙토제네시스를 통한 양성자 비대칭을 설명할 수 있는가?
• RQ2 준가역적인 오른쪽 수소 중성자를 생성하고 공명 렙토제네시스를 가능하게 하는 디르악 양자수 상수 행렬의 타당한 텍스처는 무엇인가?
• RQ3 재규격화 군 흐름에 의한 RHN 질량 분리 요구 조건이 MSSM 파라미터 tanβ를 어떻게 제약하는가?
• RQ4 정상 및 역행성 중성자 질량 계층에서 우주론적 자료로 유도된 CP 위상 δ의 경계는 무엇인가?
• RQ5 이 통합 프레임워크에서 반응기 혼합 각도 θ₁₃는 높은 정밀도로 예측될 수 있는가?

주요 결과

• 정상 계층에서 특정 관계를 예측한다: tanθ₁₃ ≈ sinθ₁₂√(m₂/m₃), 이는 θ₁₃가 현재 실험적 하한에 매우 가까운 값을 가짐을 의미한다.
• 두 개의 역행성 계층 모델에서 합 규칙이 도출된다: sin²θ₁₂ ≈ 1/2 − tanθ₂₃ sinθ₁₃ cosδ 와 sin²θ₁₂ ≈ 1/2 + cotθ₂₃ sinθ₁₃ cosδ.
• 정상 계층 모델에서 우주론적 제약 조건을 통해 CP 위상 |δ|에 하한선을 도출한다.
• 역행성 계층 모델에서 우주론적 자료에 의해 CP 위상 |δ|가 좁은 범위로 제약된다.
• RHN 질량 분리를 재규격화 군 흐름을 통해 요구할 경우 tanβ > 12의 하한선이 유도된다.
• 스누프론 붕괴에서 기인한 양성자 비대칭은 미미하다( fermionic RHN 기여의 ≤10⁻² 이하), 이는 RHN 붕괴가 렙토제네시스를 지배함을 확인한다.