[논문 리뷰] Lepton masses, mixings and FCNC in a minimal S_3-invariant extension of the Standard Model

Antonio Mondragon, M. C. Mondragon외 1명|arXiv (Cornell University)|2007. 06. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 표준모형의 최소 S₃×Z₂ 대칭 확장을 제안하며, 풍미 대칭을 통해 렙톤 질량과 혼합을 통합하고, 전하 렙톤 및 중성미온 질량에 따라 PMNS 행렬, 혼합 각도 및 마요라나 위상의 해석적 표현을 유도한다. 이 모형은 결과적으로 중성미온 혼합이 거의 삼중극-이등분형임을 보이며, 풍미 변화 중성미온(FCNC)이 질량 계층과 힉스 질량에 의해 억제되어 실험적 한계보다 수십 개의 지수 차수 낮은 분해비를 갖는다.

ABSTRACT

The mass matrices of the charged leptons and neutrinos, previously derived in a minimal S_3-invariant extension of the Standard Model, were reparametrized in terms of their eigenvalues. We obtained explicit, analytical expressions for all entries in the neutrino mixing matrix, V_PMNS, the neutrino mixing angles and the Majorana phases as functions of the masses of charged leptons and neutrinos in excellent agreement with the latest experimental values. The resulting V_PMNS matrix is very close to the tri-bimaximal form of the neutrino mixing matrix. We also derived explicit analytical expressions for the matrices of the Yukawa couplings and computed the branching ratios of some selected flavour changing neutral current processes as functions of the masses of the charged leptons and the neutral Higgs bosons. We find that the S_3 x Z_2 flavour symmetry and the strong mass hierarchy of the charged leptons strongly suppress the FCNC processes in the leptonic sector well below the present experimental upper bounds by many orders of magnitude.

연구 동기 및 목표

• 풍미 대칭 아래 힉스, 쿼르크 및 렙톤 부문을 통합하는 최소 S₃ 불변 확장 표준모형을 구성하는 것.
• 전하 렙톤 및 중성미온 질량에 따라 PMNS 혼합 행렬, 혼합 각도 및 마요라나 위상을 해석적으로 유도하는 것.
• 레프톤 부문에서의 요카다 결합 행렬을 계산하고, FCNC 분해비를 평가하는 것.
• S₃×Z₂ 대칭과 전하 렙톤 질량 계층이 FCNC 과정을 실험적 한계 이하로 강하게 억제함을 보여주는 것.

제안 방법

• 이전에 유도된 전하 렙톤 및 중성미온 질량 행렬을 고유값에 따라 재구성하는 것.
• S₃×Z₂ 풍미 대칭과 세이프 메커니즘을 사용하여 PMNS 행렬 및 혼합 각도의 해석적 형태를 도출하는 것.
• 힉스 진공 기대값과 질량 계층을 바탕으로 렙톤 부문의 요카다 결합 행렬을 구성하는 것.
• 유도된 요카다 행렬과 힉스 질량을 사용하여 특정 FCNC 과정의 분해비를 계산하는 것.
• 질량 비율(me/mτ, μ/τ)과 (mτ/MH)⁴을 포함한 파wr-카운팅 추론을 사용하여 억제 인자를 추정하는 것.
• 이론적 FCNC 분해비를 실험적 상한과 비교하여 현상학적 타당성을 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 S₃×Z₂ 풍미 대칭과 전하 렙톤 질량 계층은 PMNS 혼합 행렬의 구조를 어떻게 결정하는가?
• RQ2 관측 가능한 질량에 따라 중성미온 혼합 각도와 마요라나 위상을 해석적으로 유도할 수 있는 표현은 무엇인가?
• RQ3 모델의 대칭성과 질량 계층에 의해 렙톤 부문의 풍미 변화 중성미온 과정은 어느 정도 억제되는가?
• RQ4 레프톤 부문의 요카다 결합 행렬은 관측된 전하 렙톤 질량 계층을 어떻게 반영하는가?
• RQ5 핵심 FCNC 과정의 예측 분해비는 무엇이며, 실험적 한계와 비교해 볼 때 어떻게 되는가?

주요 결과

• PMNS 혼합 행렬은 삼중극-이등분형에 매우 가까우며, 혼합 각도는 최신 실험 데이터와 뛰어난 일치를 보인다.
• 태양 혼합 각도 θ₁₂는 전하 렙톤 질량에 거의 민감하지 않지만, θ₁₃ 및 θ₂₃는 주로 전하 렙톤 질량 계층에 의해 결정된다.
• 중성미온 질량 스펙트럼은 역계층을 가지며, 질량은 |mν₁| = 0.055 eV, |mν₂| = 0.056 eV, |mν₃| = 0.022 eV이다.
• 모델은 세 개의 CP 위반 위상을 예측한다: 하나의 디라프 위상 δ와 두 개의 마요라나 위상 α 및 β로, 모두 중성미온 질량과 위상 φν에 의존한다.
• FCNC 과정의 분해비는 mₑ/mτ, mμ/mτ 및 (mτ/MH)⁴의 거듭제곱에 의해 억제되어 현재 실험적 한계보다 수십 개의 지수 차수 낮은 값을 갖는다.
• 조금 더 보수적인 힉스 질량 120 GeV를 가정하더라도, 이론적 FCNC 비율은 여전히 실험적 상한 이하로 크게 낮아져 강력한 현상학적 타당성을 보여준다.