[논문 리뷰] Gauged $L_\mu$-$L_ au$ Model with an Inverse Seesaw Mechanism for Neutrino Masses

Abhish Dev|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 08.

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한 줄 요약

이 논문은 GL−R × U(1)Lμ−Lτ 게이지 대칭 모형을 제안하며, 역세우기 메커니즘을 통해 뮤온의 비정상 자석모멘트와 왼쪽 히가르드 중성자의 작은 질량을 동시에 설명한다. U(1)Lμ−Lτ를 자발적으로 붕괴시킴으로써, ∆aμ에 기여하는 무거운 Zμτ 게이지 보손이 생성되고, 중성자 질량 행렬에 유형-C 두 개의 영 텍스처가 형성되어, 현재 실험 데이터와 일치하는 CP 위반 위상과 중성자 질량에 대한 정밀한 예측을 가능하게 한다.

ABSTRACT

In this paper, we propose a $G_{L-R} imes U(1)_{L_\mu-L_ au}$ gauge-symmetric model where $G_{L-R}$ is the left-right gauge symmetry and $L_i$ is the $i-$flavor lepton number. We use the spontaneous breaking (SSB) of $U(1)_{L_\mu-L_ au}$ to explain two discrepancies in the standard model: muon anomalous magnetic moment and light neutrinos and its oscillations. The massive neutral gauge boson, $Z_{\mu au}$, arising from the SSB can provide additional contributions to the muon anomalous magnetic moment. In order to explain neutrino masses, we employ the low-energy inverse seesaw mechanism by adding three $G_{L-R}$ singlet fermions, $S_{e,\mu, au}$. The light neutrino mass matrix from the inverse seesaw formula has a specific two-zero texture pattern referred in the literature as the Type-C two-zero texture due to the $U(1)_{L_\mu-L_ au}$ symmetry. This allows us to predict the values of the CP-violating Dirac phase, Majorana phases, and the absolute value of light neutrino masses in terms of the precisely measured mixing angles and mass squared differences. The model accommodates a quasi-degenerate spectrum of neutrino masses with inverted ordering. The calculated best-fit value of $\delta_{CP}$ surprisingly matches with the current experimentally measured best-fit value of $\delta_{CP}$. At $1\sigma$, the measured value of $\delta_{CP}$ favors a $ heta_{23}>\pi/4$. At $1\sigma$, most of the parameter space is within the cosmological bound on the sum of neutrino mass and the bound on the effective Majorana mass from neutrinoless beta decay.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 뮤온의 비정상 자석모멘트 (∆aμ) 간극을 해결하기 위해.
• 저에너지 세우기 메커니즘을 사용하여 왼쪽 히가르드 중성자의 작은 질량과 그 진동 파rameters를 설명하기 위해.
• µ−τ 대칭 붕괴와 중성자 질량 생성을 하나의 게이지 대칭 프레임워크 안에서 통합적으로 설명하기 위해.
• 대칭에 의해 강제되는 텍스처 패턴을 통해 자유 매개변수를 최소화하면서도 CP 위반 위상과 절대 중성자 질량을 예측하기 위해.
• 우주론적 한계에 의한 중성자 질량 합과 무이성질 이중베타 붕괴에서의 효과적 메이저라 질량에 대한 모형의 타당성 테스트를 위해.

제안 방법

• 왼쪽-오른쪽 대칭 게이지 군 GL−R × U(1)Lμ−Lτ를 도입하며, 여기서 U(1)Lμ−Lτ는 Lμ−Lτ 전하를 가진 힉스 필드에 의해 자발적으로 붕괴된다.
• U(1)Lμ−Lτ의 자발적 붕괴는 ∆aμ에 기여하는 질량이 큰 중성 게이지 보손 Zμτ를 생성한다.
• 세 개의 GL−R 싱เก트론 페르미온 (Se,µ,τ) 을 추가하여 역세우기 메커니즘을 구현함으로써, 빛의 중성자 질량 행렬이 mν ≈ mT_D (mT_N)^{-1} μ mN mD 형태로 나타나게 된다.
• U(1)Lμ−Lτ 대칭은 중성자 질량 행렬에 특정한 두 개의 영 텍스처(유형-C)를 강제하여 혼합 파rameters의 구조를 제한한다.
• 측정된 혼합 각도와 질량 제곱 차이를 입력으로 사용하여 δCP, 메이저라 위상, 절대 중성자 질량에 대한 예측을 유도한다.
• ∆aμ, 중성자 진동 파rameters, 우주론적 한계를 포함한 실험 데이터에 대한 전반적인 피팅을 수행하여 매개변수 공간을 제약한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 U(1)Lμ−Lτ 게이지 모형과 역세우기 메커니즘을 갖춘 모형이 동시에 뮤온 g−2 이상현상과 작은 중성자 질량을 설명할 수 있는가?
• RQ2 U(1)Lμ−Lτ 대칭은 중성자 질량 행렬의 텍스처에 어떤 영향을 미치며, 이를 통해 CP 위반 위상은 어떻게 제약을 받는가?
• RQ3 이 모형은 특정한 중성자 질량 순서를 예측하는가? 그리고 이는 우주론적 및 무이성질 이중베타 붕괴의 한계와 일치하는가?
• RQ4 δCP에 대한 예측은 θ23의 4분면에 얼마나 민감한가? 그리고 현재 실험의 최적 피팅 값과 일치하는가?
• RQ5 이 모형은 뮤온 g−2 이상현상을 설명하기 위해 요구되는 12–800 GeV 범위 내의 Zμτ 보손을 수용할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 CP 위반 디르악 위상 δCP ≈ −1.2의 최적 피팅 값을 예측하며, 이는 현재 전반적 피팅에서의 실험 최적 피팅 값과 놀랍게 일치한다.
• 1σ 신뢰 수준에서 모형은 θ23 > π/4를 선호하여 대기 혼합 각도의 상단 4분면을 지지한다.
• 중성자 질량 스펙트럼은 U(1)Lμ−Lτ 대칭이 강제하는 유형-C 두 개의 영 텍스처에 의해, 준동질적 역순서로 제약된다.
• 절대 중성자 질량 척도는 0.05–0.1 eV 범위로 예측되며, 이는 중성자 질량 합에 대한 우주론적 한계 내에 들어간다.
• 무이성질 이중베타 붕괴에 대한 효과적 메이저라 질량은 0.02 eV 이하로 예측되며, 현재 실험 한계와 일치한다.
• Zμτ 게이지 보손 질량은 뮤온 g−2 이상현상을 설명하기 위해 12–800 GeV 범위로 제약되며, 렙톤 및 하드론 충돌기의 제약을 피하는 결합 상수를 갖는다.