[논문 리뷰] Fermion mass and mixing pattern in a minimal T7 flavor 331 model

A. E. Cárcamo Hernández, Roberto Martínez|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 28.

Neutrino Physics Research참고 문헌 9인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 관측된 페르미온 질량과 혼합 패턴을 설명하기 위해 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X \otimes T_7 \otimes Z_2 \otimes Z_3 \otimes Z_{14}$ 게이지 대칭을 기반으로 하는 최소한의 T7 플레버 331 모델을 제안한다. 이 모델은 가벼운 활성 중성미오의 이중 세우드 메커니즘을 실현하고, $Z_2 \otimes Z_3 \otimes Z_{14}$ 대칭의 비틀림을 통해 쿼크/레프톤 질량 계층을 달성하며, 16개의 자유 매개변수로 18개의 실험적 관측 가능량을 성공적으로 맞추고, 무이중베타붕괴의 효과적 메이저라 중성미오 질량을 $m_{\beta\beta} = 3$–40 meV로 예측한다.

ABSTRACT

We present a model based on the $SU(3)_{C}\otimes SU(3)_{L}\otimes U(1)_{X}$ gauge symmetry having an extra $T_{7}\otimes Z_{2}\otimes Z_{3}\otimes Z_{14} $ flavor group, which successfully describes the observed SM fermion mass and mixing pattern. In this framework, the light active neutrino masses arise via double seesaw mechanism and the observed charged fermion mass and quark mixing hierarchy is a consequence of the $Z_{2}\otimes Z_{3}\otimes Z_{14}$ symmetry breaking at very high energy. In our minimal $T_{7}$ flavor 331 model, the spectrum of neutrinos includes very light active neutrinos as well as heavy and very heavy sterile neutrinos. The model has in total 16 effective free parameters, which are fitted to reproduce the experimental values of the 18 physical observables in the quark and lepton sectors. The obtained physical observables for both quark and lepton sectors are compatible with their experimental values. The model predicts the effective Majorana neutrino mass parameter of neutrinoless double beta decay to be $% m_{ββ}=$ 3 and 40 meV for the normal and the inverted neutrino spectrum, respectively. Furthermore, our model features a vanishing leptonic Dirac CP violating phase.

연구 동기 및 목표

• 표준모형의 플레버 퍼즐을 해결하기 위해 계층적인 페르미온 질량과 혼합 패턴을 설명하는 것.
• 331 모델 프레임워크 내에서 이중 세우드 메커니즘을 통해 가벼운 활성 중성미오 질량을 실현하는 것.
• 특히 $T_7$를 포함한 이산 플레버 대칭을 도입하여 현실적인 페르미온 텍스처를 생성하는 것.
• 쿼크 및 렙톤 부문에서 18개의 실험적 관측 가능량을 16개의 효과적 자유 매개변수로만 맞추는 최소 모델을 달성하는 것.
• 무이중베타붕괴에 대한 효과적 메이저라 중성미오 질량을 예측하고, 렙톤 CP 위상의 범위를 제약하는 것.

제안 방법

• 쿼크 및 렙톤의 양자수 상수를 제약하기 위해 $T_7 \otimes Z_2 \otimes Z_3 \otimes Z_{14}$ 플레버 대칭을 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 331 모델에 구현하는 것.
• 고에너지 스케일에서 $Z_2 \otimes Z_3 \otimes Z_{14}$ 대칭의 비틀림을 이용해 쿼크 및 렙톤 질량의 계층을 생성하는 것.
• 높은 질량을 가진 스테레오 중성미오와 매우 높은 질량을 가진 스테레오 중성미오를 포함한 이중 세우드 메커니즘으로 가벼운 활성 중성미오 질량을 실현하는 것.
• 페르미온 질량 행렬을 구성하기 위해 $T_7$ 군의 다섯 개의 기저 표현(한 개의 타원형, 한 개의 반타원형, 세 개의 복소 스칼라 단위표현)을 활용하는 것.
• T7 군의 텐서곱 규칙을 활용하여 군의 구조를 닫고, 양자수 상수와 플레버 불변성을 보장하는 양자수 상수 상호작용을 확보하는 것.
• 16개의 자유 매개변수를 조정하여 쿼크 혼합 각도, 질량, 중성미오 진동 파rameter 등 18개의 실험적 관측 가능량을 재현하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 스케일에서 $Z_2 \otimes Z_3 \otimes Z_{14}$ 대칭 비틀림을 가진 최소한의 $T_7$ 플레버 331 모델이 관측된 페르미온 질량 및 혼합 패턴을 재현할 수 있는가?
• RQ2 이 331 프레임워크 내에서 이중 세우드 메커니즘이 가벼운 활성 중성미오와 무거운 스테레오 중성미오를 어떻게 생성하는가?
• RQ3 이 모델에서 무이중베타붕괴에 대한 효과적 메이저라 중성미오 질량 $m_{\beta\beta}$의 예측 값은 얼마인가?
• RQ4 이 모델은 제로인 렙톤 디르악 CP 위반 위상을 예측하는가? 만약 그렇다면 그 이유는 무엇인가?
• RQ5 이 모델은 쿼크 및 렙톤 부문의 18개의 실험적 관측 가능량을 오직 16개의 자유 매개변수로 성공적으로 맞출 수 있는가?

주요 결과

• 이 모델은 오직 16개의 효과적 자유 매개변수만을 사용하여 쿼크 및 렙톤 부문의 18개의 물리적 관측 가능량의 실험적 값을 성공적으로 재현한다.
• 가벼운 활성 중성미오 질량은 이중 세우드 메커니즘을 통해 생성되며, 이로 인해 eV 이하의 활성 중성미오와 무거운 스테레오 중성미오가 포함된 스펙트럼이 형성된다.
• 무이중베타붕괴에 대한 효과적 메이저라 중성미오 질량은 정상 질량 순서에서 $m_{\beta\beta} = 3$ meV, 반전 질량 순서에서 $m_{\beta\beta} = 40$ meV로 예측된다.
• 이 모델은 실험적 제약 조건과 일치하는 제로인 렙톤 디르악 CP 위반 위상을 예측한다.
• 쿼크 및 렙톤 질량 계층은 고에너지 스케일에서의 $Z_2 \otimes Z_3 \otimes Z_{14}$ 대칭 비틀림 패턴에 기인한다.
• $T_7$ 플레버 군의 구조, 특히 특정한 텐서곱 규칙과 기저 표현을 통해 페르미온에 대한 현실적인 질량 행렬을 구성할 수 있다.