[논문 리뷰] Lepton number and lepton flavour violation in left-right symmetric theories

James Barry, Werner Rodejohann|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 TeV 스케일에서 유형 I 시우가 지배하는 경우, 좌우 대칭 모형에서 무이름 이중베타 붕괴를 분석하며, 람다- 및 이psilon-다이어그램 기여를 고려한다. 이러한 다이어그램은 붕괴 반감기를 크게 증가시키는 매개변수 영역을 식별하지만, 라이프타임 위반 관측치를 통해 엄격히 제약을 받는다.

ABSTRACT

The various diagrams leading to neutrinoless double beta decay in the left-right symmetric model have different relative magnitudes, depending on the scale of new physics. Neutrinos acquire mass from both type I and/or type II seesaw terms, making an unambiguous analysis difficult. We study the half-life for double beta decay in the case of type II and type I dominance, in the former case including interference terms. If the heavy neutrinos of the type I seesaw model are at the TeV scale, certain processes can be enhanced. In particular, there are regions of parameter space in which the so-called lambda- and eta-diagrams can give sizable contributions to the half-life for the decay. We perform a detailed study of one such scenario, paying careful attention to constraints from lepton flavour violation.

연구 동기 및 목표

• 좌우 대칭 이론에서 무이름 이중베타 붕괴에 기여하는 다양한 파인만 다이어그램—특히 람다- 및 이psilon-다이어그램—의 상대 기여를 분석하기 위해.
• TeV 스케일에서 유형 I 시우 지배가 무이름 이중베타 붕괴의 반감기에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 라이프타임 수반 위반의 맥락에서 유형 I 및 유형 II 시우 메커니즘 간 간섭 효과를 검토하기 위해.
• μ→eγ와 같은 라이프타임 위반 과정에 대한 실험적 한계를 활용하여 모델 매개변수를 제약하기 위해.
• 람다- 및 이psilon-다이어그램이 붕괴 속도에 상당한 기여를 하는 실현 가능한 매개변수 영역을 식별하기 위해.

제안 방법

• 유형 I 및 유형 II 시우 기여를 모두 포함한 좌우 대칭 모형에서 무이름 이중베타 붕괴의 유효 해밀토니안을 구성하기 위해.
• 람다- 및 이psilon-다이어그램의 붕괴 진폭에 대한 기여를 평가하며, 유형 I 및 유형 II 시우 메커니즘 간 간섭 항을 포함하기 위해.
• 중성미자 질량 행렬을 계산하기 위해 시우 메커니즘을 적용하며, 중성미자 질량이 TeV 스케일의 무거운 메이조라나 중성미자에 의해 지배된다고 가정하기 위해.
• GIM 메커니즘과 GIM-유사 억제를 사용하여 μ→eγ와 같은 라이프타임 위반 과정의 크기를 추정하기 위해.
• 라이프타임 위반에 의한 엄격한 제약 조건을 적용하여, 특히 가벼운 중성미자와 무거운 중성미자 간의 혼합을 포함한 모델 매개변수를 제약하기 위해.
• 람다- 및 이psilon-다이어그램이 붕괴 진폭을 지배하는 영역을 식별하기 위해 매개변수 공간에 대한 수치적 스캔을 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 좌우 대칭 모형에서 무이름 이중베타 붕괴의 반감기에 대해 람다- 및 이psilon-다이어그램의 상대 기여는 어떻게 되는가?
• RQ2 유형 I 및 유형 II 시우 메커니즘 간 간섭 항은 붕괴 진폭과 반감기에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 무거운 중성미자가 TeV 스케일에 있을 경우, 어떤 매개변수 영역에서 람다- 및 이psilon-다이어그램이 붕괴 진폭을 지배하는가?
• RQ4 μ→eγ와 같은 라이프타임 위반에 대한 실험적 한계는 TeV 스케일에서 유형 I 시우가 존재하는 경우 모델 매개변수를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 라이프타임 위반에 의한 현실적인 제약 조건 하에서, 람다- 및 이psilon-다이어그램이 반감기를 상당히 증가시킬 수 있는가?

주요 결과

• 유형 I 시우가 TeV 스케일에서 지배할 경우, 람다- 및 이psilon-다이어그램은 무이름 이중베타 붕괴의 반감기에 상당한 기여를 할 수 있다.
• 일부 매개변수 영역에서는 유형 I 및 유형 II 시우 항 간의 간섭이 붕괴 진폭을 증가시켜 반감기를 단축시킨다.
• 건설적 간섭과 더불어 다이어그램 기여가 증가함에 따라 표준 유형 II 시우 시나리오보다 반감기가 상당히 짧아질 수 있다.
• 특히 μ→eγ와 같은 라이프타임 위반 과정에 의한 제약 조건은 가벼운 중성미자와 무거운 중성미자 간의 혼합을 강하게 제한하여 가용 매개변수 영역을 줄인다.
• 이러한 제약 조건에도 불구하고, 람다- 및 이psilon-다이어그램이 지배하고 반감기가 다음 세대 이중베타 붕괴 실험에서 관측 가능한 수준에 도달하는 매개변수 영역이 존재한다.
• 중성미자 질량 척도가 TeV 스케일에 가까우며 혼합이 충분히 억제되는 한, 현재의 실험적 한계 조건 하에서도 모델은 실현 가능하다.