[논문 리뷰] Minimal predictive see-saw model with normal neutrino mass hierarchy

Stephen F. King|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 23.

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한 줄 요약

이 논문은 정상 중성미자 질량 계층을 가지며, 전자 중성미자와의 결합이 0인 주요 텍스처 제로(텍스처 제로)를 통해 렙토제네시스와 CP 위반을 연결하는 최소 두 개의 오른손자 중성미자 시-소 모델을 제안한다. 양성미자 쿠퍼링 상수와 물리적 관측 가능량 사이의 주요 공식을 유도하여, 대기 중성미자 질량은 (0,1,1)이고 태양계 중성미자 질량은 (1,1,3) 또는 (1,3,1)의 결합으로 기인하며, 상대 위상 ±π/3을 가짐으로써, δ ≈ ±π/2이고 m₁ = 0인 트라이-바이맥시멀-카비보 혼합을 이끌어내는 단순하고 예측 가능한 패턴을 규명한다.

ABSTRACT

We consider the type I see-saw model with two right-handed neutrinos and a normal neutrino mass hierarchy and impose a zero coupling between the right-handed neutrino mainly responsible for the atmospheric neutrino mass and the electron neutrino. We derive a master formula which relates see-saw input parameters in a one to one correspondence with physical neutrino observables. Using the master formula we search for simple ratios of couplings consistent with current data on neutrino mass and lepton mixing. We discover a minimal predictive example in which the right-handed neutrino mainly responsible for the atmospheric neutrino mass has couplings to (nu_e, nu_mu, nu_tau) proportional to (0,1,1) and the right-handed neutrino mainly responsible for the solar neutrino mass has couplings to (nu_e, nu_mu, nu_tau) proportional to (1,1,3) or (1,3,1), with a relative phase eta = -/+ pi/3, providing the link between leptogenesis and CP violation in neutrino oscillation experiments. We show how these patterns of couplings could arise from an A_4 family symmetry model of leptons which predicts all the PMNS parameters in terms of the neutrino mass ratio m_2/m_3, corresponding to approximate Tri-bimaximal-Cabibbo mixing, accurate to one degree, with the prediction delta = +/- pi/2.

연구 동기 및 목표

• 현재 중성미자 진동 데이터를 설명할 수 있는 정상 중성미자 질량 계층을 가지며 최소 두 개의 오른손자 중성미자를 포함하는 시-소 모델을 구축하는 것.
• 관측된 중성미자 질량과 혼합 각도와 일치하는 단순한 양성미자 쿠퍼링 비율을 규명하는 것.
• 특정 상대 위상을 통해 중성미자 진동에서 관측된 CP 위반과 렙토제네시스를 연결하는 것.
• 자기적 CP 위반을 갖는 A₄×Z₃¹⁰ 가족 대칭을 통해 모델을 실현하는 것.
• 모든 PMNS 매개변수를 단일 입력 매개변수인 중성미자 질량 비율 m₂/m₃로 예측하는 것.

제안 방법

• 두 개의 오른손자 중성미자 모델에서 시-소 입력 매개변수와 물리적 중성미자 관측 가능량 사이의 주요 공식을 유도한다.
• 파rameter를 줄이고 물리적 제약 조건과 연결하기 위해 전자 중성미자와의 결합이 0인 주요 텍스처 제로 조건을 도입한다.
• 주요 공식을 활용하여 현재의 θ₁₃, θ₂₃, θ₁₂ 및 m₂/m₃ 데이터와 일치하는 단순한 결합 비율을 탐색한다.
• 결합 (0,1,1)과 (1,1,3) 또는 (1,3,1), 상대 위상 η = ∓π/3을 가진 최소 해를 규명한다.
• F-항정을 이용한 플라바론 정렬을 통해 (0,1,1)과 (1,3,1)의 필요 조건을 실현하는 A₄×Z₃¹⁰ 가족 대칭 모델을 구성한다.
• 자기적 CP 위반은 위상 η = ∓π/3을 고정시키며, 이는 δ ≈ ±π/2와 m₁ = 0을 이끈다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정상 계층을 가지며 최소 두 개의 오른손자 중성미자를 포함하는 시-소 모델이 단일 입력 매개변수로부터 모든 PMNS 매개변수를 예측할 수 있는가?
• RQ2 현재 중성미자 진동 데이터와 텍스처 제로 조건을 만족하는 단순한 양성미자 쿠퍼링 패턴은 무엇인가?
• RQ3 관측된 중성미자 진동에서의 CP 위반은 최소 시-소 모델에서 렙토제네시스와 어떻게 연결될 수 있는가?
• RQ4 자기적 CP 위반을 갖는 가족 대칭 모델을 통해 트라이-바이맥시멀-카비보 혼합 패턴을 실현할 수 있는가?
• RQ5 m₁ = 0과 δ ≈ ±π/2를 예측하는 모델의 천체물리적 및 현상학적 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 모델은 양성미자 쿠퍼링 (0,1,1)과 (1,1,3) 또는 (1,3,1), 상대 위상 η = ∓π/3를 가진 최소 예측 가능한 해를 규명하며, 현재의 데이터와 일치한다.
• 모델은 트라이-바이맥시멀-카비보 혼합을 1도 이내로 예측하며, θ₁₂ ≈ 34°, θ₂₃ ≈ 45°, θ₁₃ ≈ 9.15°이다.
• 모델은 CP 위상 δ ≈ ±π/2를 예측하며, 이는 향후 중성미자 실험에서 검증 가능하다.
• 모델은 모든 PMNS 매트릭스를 중성미자 질량 비율 m₂/m₃로만 실현하며, m₁ = 0이다.
• A₄×Z₃¹⁰ 가족 대칭 모델은 F-항정을 통해 필요한 플라바론 정렬과 자발적 CP 위반을 실현한다.
• 모델은 매우 작은 중성미자 없는 이중베타 붕괴 행렬 원소 mββ ≈ 2.5×10⁻³ eV를 예측하며, 이는 향후 실험에서 배제될 수 있다.