[논문 리뷰] Dirac Radiative Neutrino Mass with Modular Symmetry and Leptogenesis

Arnab Dasgupta, Takaaki Nomura외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 11. 12.

Dark Matter and Cosmic Phenomena참고 문헌 1인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 모듈러 A₄ 대칭을 기반으로 하는 최소한의 디рак 레이디에이티브 중성미온 질량 모형을 제안하며, 스코토제닉 메커니즘을 통해 자연스럽게 작은 중성미온 질량을 달성하고 동시에 중성미온 생성을 통한 물질-반물질 비대칭을 생성한다. 이 모형은 몇 가지 입력 매개변수만으로 중성미온 질량, 혼합 각도, CP 위상 등을 예측하며, R-대칭과 임의의 Z₂ 대칭을 통해 다성분 어두운 물질을 수용하고, 디рак 중성미온과 렙톤 수량 보존 조건에도 불구하고 타당한 렙토제네시스 메커니즘을 실현한다.

ABSTRACT

Minimalistic Dirac radiative neutrino mass model based on modular symmetry is proposed. We predict maximum number of observables possible including neutrino mass splittings, neutrino mass scale, lepton mixing angles, and Dirac phases in the leptonic sector with minimum number of input parameters possible. Model is capable of accommodating multicomponent dark matter, thanks to the $\emph{R}-$parity and accidental scotogenic $\mathbb{Z}_2$ discrete symmetry. Furthermore, even-though neutrinos are Dirac in our model, matter-antimatter asymmetry of the Universe is achieved via neutrinogenesis mechanism. Phenomenology of the dark sector including various dark matter candidates is briefly discussed.

연구 동기 및 목표

• 메이저라 노텀 항을 포함하지 않고도 작은 중성미온 질량을 설명할 수 있는 모듈러 A₄ 대칭을 기반으로 한 최소한의 디рак 레이디에이티브 중성미온 질량 모형을 구축하는 것.
• R-대칭과 임의의 Z₂ 대칭을 통해 레이디에이티브 중성미온 질량 생성과 어두운 물질 안정성을 통합하는 것.
• 렙톤 수량 보존과 디рак 중성미온 성격에도 불구하고 렙톤 수량 보존 조건 하에서 중성미온 생성을 통한 바리오제네시스를 실현하는 것.
• 입력 매개변수의 수를 최소화하면서도 중성미온 혼합 각도, 질량 분리, CP 위상의 예측 가능성을 극대화하는 것.
• 모듈러 대칭이 맛의 구조와 어두운 물질 안정성 양쪽을 제어하는 프레임워크를 구축하는 것.

제안 방법

• 모델은 모듈러 A₄ 대칭을 도입하여 양자역학적 상호작용 계수와 스칼라 포텐셜을 제약함으로써, 1-루프 수준에서 레이디에이티브 중성미온 질량 생성을 보장한다.
• 복소 스칼라 싱เก트론과 무거운 오른쪽 수동 중성미온을 도입하여 스코토제닉 메커니즘을 실현함으로써, 루프 보정을 통해 디рак 중성미온 질량을 생성한다.
• R-대칭과 임의의 Z₂ 대칭을 도입하여, 페르미온 및 스칼라 상태를 포함한 다수의 어두운 물질 후보를 안정화한다.
• 오른쪽 수동 중성미온 부문에서 중성미온 생성을 실현하여, 양자역학적 상호작용 계수의 CP 위반 위상에 의해 물질-반물질 비대칭을 생성한다.
• 모듈러 형식과 모듈러 무게를 사용하여 양자역학적 상호작용 계수와 질량 행렬의 구조를 고정함으로써 자유 매개변수의 수를 감소시킨다.
• 기본 포인트를 수치적으로 스캔하여 중성미온 진동 데이터에 최적화하고, χ² 최소화를 통해 모델 매개변수를 제약한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모듈러 A₄ 대칭을 사용하여 몇 가지 입력 매개변수만으로 최소한의 디рак 레이디에이티브 중성미온 질량 모형을 구축할 수 있는가?
• RQ2 디랙 중성미온과 렙톤 수량 보존 조건이 존재하는 모형에서 다성분 어두운 물질은 어떻게 일관적으로 안정화될 수 있는가?
• RQ3 중성미온이 디랙 성격이고 렙톤 수량이 보존되는 모형에서 렙토제네시스를 통한 물질-반물질 비대칭이 생성될 수 있는가?
• RQ4 모듈러 대칭은 중성미온 혼합 각도, CP 위상, 질량 분리 예측에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 장의 모듈러 무게와 변환 성질은 중성미온 질량 행렬과 어두운 부문의 구조를 어떻게 제약하는가?

주요 결과

• 모형은 정상적인 중성미온 질량 계단을 예측하며, 중성미온 질량의 합은 약 59.0 meV이다.
• 대기 중성미온과 태양 중성미온 질량 분리는 각각 Δm²ₐₜₘ = 2.52×10⁻³ eV² 및 Δm²ₛₒₗ = 7.53×10⁻⁵ eV²로 예측된다.
• 혼합 각도는 sin²θ₁₂ = 0.295, sin²θ₂₃ = 0.451, sin²θ₁₃ = 0.0219로 예측되며, 현재의 글로벌 피팅과 일치한다.
• 디랙 CP 위상은 δCP = 18.0°로 예측되며, χ² 불확도는 √Δχ² = 1.32로 나타나 데이터와 양호한 일치를 보인다.
• 무거운 중성 페르미온(Nᵢ)은 1–10 TeV 범위에 예측되며, 질량은 M₀ = 8.1 TeV, Dₙ₁ = 6.34 TeV, Dₙ₂ = 10.1 TeV, Dₙ₃ = 16.4 TeV이다.
• 어두운 스칼라 상태(Hᵢ)는 4.66–5.49 TeV 범위에 존재하며, 오른쪽 부문에서 요구되는 CP 위반 위상은 약 10⁻⁶ 수준이다.