[논문 리뷰] Effects of fermionic singlet neutrinos on high- and low-energy observables

C. Weiland|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 5

한 줄 요약

이 학위논문은 페르미온 수소 중성자를 포함한 역세우기 메커니즘에서의 영향을 조사하며, 자연스러운 요카다 상수($\mathcal{O}(1)$)와 LHC에서 접근 가능한 새로운 물리 스케일이 비영인 중성자 질량을 설명할 수 있음을 제안한다. 주요 결과로는 $R_K$ 및 $R_\pi$ 비율이 모형에 대한 새로운 제약 조건을 제공하며, 초대칭 확장은 힉스 및 $Z^0$ 펜싱 다이어그램을 통해 렙톤 편향 위반을 강화하고, 희생 중성자는 가벼운 CP-홀드 힉스 보손에 대한 제약 조건을 완화시킨다.

ABSTRACT

In this doctoral thesis, we study both low- and high-energy observables related to massive neutrinos. Neutrino oscillations have provided indisputable evidence in favour of non-zero neutrino masses and mixings. However, the original formulation of the Standard Model cannot account for these observations, which calls for the introduction of new Physics. Among many possibilities, we focus here on the inverse seesaw, a neutrino mass generation mechanism in which the Standard Model is extended with fermionic gauge singlets. This model offers an attractive alternative to the usual seesaw realisations since it can potentially have natural Yukawa couplings ($\mathcal{O}(1)$) while keeping the new Physics scale at energies within reach of the LHC. Among the many possible effects, this scenario can lead to deviations from lepton flavour universality. We have investigated these signatures and found that the ratios $R_K$ and $R_π$ provide new, additional constraints on the inverse seesaw. We have also considered the embedding of the inverse seesaw in supersymmetric models. This leads to increased rates for various lepton flavour violating processes, due to enhanced contributions from penguin diagrams mediated by the Higgs and $Z^0$ bosons. Finally, we also found that the new invisible decay channels associated with the sterile neutrinos present in the supersymmetric inverse seesaw could significantly weaken the constraints on the mass and couplings of a light CP-odd Higgs boson.

연구 동기 및 목표

• 표준모형이 비영인 중성자 질량과 혼합을 설명하지 못하는 문제를 페르미온 게이지 싱เก릿스를 도입한 확장으로 해결하고자 한다.
• 표준 모형의 기존 세우기 모형 대신 자연스러운 역세우기 메커니즘을 $\mathcal{O}(1)$ 요카다 상수와 접근 가능한 새로운 물리 스케일을 가진 모형으로 제안하고자 한다.
• 렙톤 편향 보편성의 위반과 그 현상학적 서명이 고에너지 및 저에너지 관측치에서 어떻게 나타나는지 조사하고자 한다.
• 역세우기 모형을 초대칭 모형에 통합하고, 렙톤 편향 위반 과정에 미치는 영향을 연구하고자 한다.
• 초대칭 역세우기 모형에서의 희생 중성자가 가벼운 CP-홀드 힉스 보손에 대한 제약 조건에 어떤 영향을 미치는지 평가하고자 한다.

제안 방법

• 표준모형에 게이지 싱게릿스 페르미온을 도입하여 작은 중성자 질량을 생성하기 위한 역세우기 메커니즘을 구현한다.
• 렙톤 편향 보편성 위반을 조사하기 위해 저에너지 관측치인 $R_K$ 및 $R_\pi$ 비율을 분석한다.
• 초대칭 확장에서 힉스 및 $Z^0$-매개 펜싱 다이어그램의 기여를 평가하여 렙톤 편향 위반 과정의 기여도를 증가시킨다.
• 초대칭 역세우기 프레임워크 내에서 희생 중성자 상태에 의한 힉스 보손의 비가시성 붕괴 폭을 계산한다.
• 정밀 측정에서 모형 매개변수에 대한 제약 조건을 유도하기 위해 유효장이론 기법을 적용한다.
• collider 및 프레어보어 실험의 현상학적 제약 조건을 활용하여 요카다 상수, 중성자 질량 및 힉스 상호작용을 제약한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 역세우기 메커니즘에서의 페르미온 수소 중성자는 저에너지 관측치인 $R_K$ 및 $R_\pi$ 에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 $\mathcal{O}(1)$ 요카다 상수를 가진 역세우기 모형에서 렙톤 편향 보편성의 위반은 얼마나 관측 가능한 정도로 나타나는가?
• RQ3 역세우기 모형의 초대칭 확장은 펜싱 다이어그램을 통해 렙톤 편향 위반 과정을 어떻게 강화하는가?
• RQ4 초대칭 모형에서 희생 중성자는 가벼운 CP-홀드 힉스 보손의 현상학에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 초대칭 역세우기 모형에서 새로운 비가시성 붕괴 채널이 존재할 경우, 기존의 CP-홀드 힉스 보손 질량 및 상호작용에 대한 제약 조건을 완화시킬 수 있는가?

주요 결과

• $R_K$ 및 $R_\pi$ 비율은 역세우기 모형의 매개변수 공간에 대한 새로운 추가 제약 조건을 제공한다.
• 역세우기 모형의 초대칭 확장은 힉스 및 $Z^0$ 펜싱 다이어그램의 주요 기여로 인해 렙톤 편향 위반 과정의 비율이 증가한다.
• 초대칭 역세우기 모형에서의 희생 중성자의 존재는 힉스 보손의 새로운 비가시성 붕괴 채널을 열어, 관측된 신호 강도를 감소시킨다.
• 이러한 새로운 붕괴 채널은 모형 내에서 가벼운 CP-홀드 힉스 보손의 질량과 상호작용에 대한 제약 조건을 크게 완화시킨다.
• 역세우기 메커니즘은 자연스러운 요카다 상수 $\mathcal{O}(1)$ 를 허용하면서도 새로운 물리 스케일을 LHC의 범위 내에 유지할 수 있다.
• 이 모형은 렙톤 편향 위반 과정과 힉스 현상학에서 검증 가능한 서명을 가진 비영인 중성자 질량을 설명할 수 있는 타당한 프레임워크를 제공한다.