[논문 리뷰] Low energy neutrino experiments sensitivity to physics beyond the Standard Model

Juan Barranco, O. G. Miranda외 1명|arXiv (Cornell University)|2007. 02. 17.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 향후 저에너지 중성미자 실험—특히 비탄성 중성미자-핵 및 중성미자-전자 탄성 산란—이 표준모형을 초월하는 물리학, 즉 추가 중성 보조 보손, 렙토쿠아크, R-대칭 위반 상호작용에 대해 감도를 평가한다. 이 연구는 이러한 실험들이 향후 고에너지 충돌기 실험과 경쟁 가능하거나 더 우수한 제약 조건을 도출할 수 있음을 보여주며, 특히 렙토쿠아크와 특정 신물리학 매개변수에 대해 그러하다.

ABSTRACT

We study the sensitivity of future low energy neutrino experiments to extra neutral gauge bosons, leptoquarks and R-parity breaking interactions. We focus in future proposals to measure coherent neutrino-nuclei scattering and neutrino electron elastic scattering. We show that in all these three different types of new physics it is possible to obtain competitive bounds to those of future collider experiments. For the particular case of leptoquarks we found that the expected sensitivity to the coupling and mass for most of the future experimental setups is quite better than the current constraint. We also show specific parameters for extra neutral gauge bosons and R-parity breaking interactions that could be better restricted than current constraints.

연구 동기 및 목표

• 향후 저에너지 중성미자 실험의 표준모형을 초월하는 새로운 물리학에 대한 감도를 평가하는 것.
• 비탄성 중성미자-핵 및 중성미자-전자 탄성 산란 실험들이 고에너지 충돌기 실험과 비교해 경쟁 가능한 제약 조건을 제공할 수 있는지 평가하는 것.
• 추가 중성 보조 보손과 R-대칭 위반 상호작용에 대해 현재의 제약보다 더 나은 제약 조건을 얻을 수 있는 특정 매개변수 영역을 규명하는 것.
• 향후 실험 설비가 렙토쿠아크 결합 상수와 질량에 대한 제약 조건을 얼마나 향상시킬 수 있는지 탐색하는 것.

제안 방법

• 연구는 향후 저에너지 중성미자 실험에서 비탄성 중성미자-핵 산란 및 중성미자-전자 탄성 산란의 기대 사건 수를 분석한다.
• 추가 물리학 시나리오 세 가지—추가 중성 보조 보손, 렙토쿠아크, R-대칭 위반 상호작용—의 기여를 모델링한다.
• 저에너지 과정에 관련된 차원-6 연산자를 중심으로 효과적 장 이론 기법을 사용해 상호작용을 기술한다.
• 신호 대 배경 고려사항과 통계적 유의성 추정치를 활용해 이러한 실험의 예상 감도를 기존 및 향후 충돌기 제약 조건과 비교한다.
• 다양한 실험 설비와 특정 결합 강도 및 질량을 탐색할 수 있는 능력을 평가한다.
• 기대 감도와 배경 수준을 바탕으로 새로운 물리학 매개변수에 대한 배제 한계를 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저에너지 중성미자 실험은 고에너지 충돌기 실험과 비교해 새로운 물리학에 대해 경쟁 가능한 감도를 확보할 수 있는가?
• RQ2 향후 비탄성 중성미자-핵 및 중성미자-전자 산란 실험은 현재의 제약보다 렙토쿠아크의 결합 상수와 질량을 얼마나 잘 제약할 수 있는가?
• RQ3 추가 중성 보조 보손에 대해 저에너지 중성미자 실험은 현재 실험 제약보다 더 잘 탐색할 수 있는 어떤 매개변수 영역을 가질 수 있는가?
• RQ4 저에너지 중성미자 실험은 R-대칭 위반 상호작용에 대해 얼마나 더 나은 제약 조건을 제공할 수 있는가?
• RQ5 어떤 실험 구성이 특정 신물리학 모델의 탐지 또는 배제에 가장 높은 감도를 제공하는가?

주요 결과

• 향후 저에너지 중성미자 실험은 향후 충돌기 실험과 비교해 일부 새로운 물리학 매개변수에 대해 경쟁 가능하거나 더 뛰어난 감도를 확보할 수 있다.
• 렙토쿠아크에 대해 대부분의 향후 실험 설비에서 기대되는 감도가 현재 제약보다 크게 향상되며, 특히 결합 상수와 질량 범위에서 그러하다.
• 추가 중성 보조 보손에 대해 특정 매개변수 영역은 현재 실험 제약이 허용하는 것보다 더 정밀하게 탐색될 수 있다.
• R-대칭 위반 상호작용은 특정 매개변수 영역에서 저에너지 중성미자 실험을 통해 현재의 제약보다 더 잘 제약될 수 있다.
• 이 연구는 저에너지 중성미자 실험의 기존 제약보다 우월한 성능을 보일 수 있는 구체적인 새로운 물리학 모델의 매개변수 값을 규명했다.