[논문 리뷰] Minimal Seesaw Model with a Discrete Heavy-Neutrino Exchange Symmetry

T. Rink, Kai Schmitz외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 28.

Neutrino Physics Research참고 문헌 22인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 오직 두 개의 오른쪽 수체($N_1$, $N_2$)로 구성된 최소한의 타입-I 시우드 모형을 제안하며, 이들은 양자수학적 상호작용에서 $N_1 \leftrightarrow iN_2$ 대칭성과 질량 항에서 $N_1 \leftrightarrow N_2$ 대칭성에 의해 강제로 페시도디라크 쌍을 이룬다. 프로그랫-니엘센 전하를 통해 이 모형은 맛 대칭을 달성하고 양자수학 행렬에 두 개의 영성질을 가진 텍스처를 구현하며, 정상적인 중성미온 질량 계층, 거의 최대 수준의 $CP$-위반 위상($\delta \simeq 3/2\pi$), 그리고 공진형 렙토제네시스를 예측한다. 이는 오직 세 개의 독립 매개변수만을 가진 UV 완전하고 매우 예측 가능한 프레임워크 내에서 이루어진다.

ABSTRACT

We present a Froggatt-Nielsen flavor model that yields a minimal realization of the type-I seesaw mechanism. This seesaw model is minimal for three reasons: (i) It features only two rather than three right-handed sterile neutrinos: N_1 and N_2, which form a pair of pseudo-Dirac neutrinos; (ii) the neutrino Yukawa matrix exhibits flavor alignment, i.e., modulo small perturbations, it contains only three independent parameters; and (iii) the N_1,2 coupling to the electron flavor is parametrically suppressed compared to the muon and tau flavors, i.e., the neutrino Yukawa matrix exhibits an approximate two-zero texture. Crucial ingredients of our model are (a) Froggatt-Nielsen flavor charges consistent with the charged-lepton masses as well as (b) an approximate, discrete exchange symmetry that manifests itself as N_1 i N_2 in the heavy-neutrino Yukawa interactions and as N_1 N_2 in the heavy-neutrino mass terms. This model predicts a normal light-neutrino mass hierarchy, a close-to-maximal CP-violating phase in the lepton mixing matrix, δ~3/2π, as well as resonant leptogenesis in accord with arguments from naturalness, vacuum stability, perturbativity and lepton flavor violation.

연구 동기 및 목표

• 감소된 매개변수 공간을 가진 타입-I 시우드 메커니즘의 가장 최소한의 실현을 구축하기 위해.
• 프로그랫-니엘센 맛 전하를 사용하여 중성미온 양자수학 행렬에서 맛 대칭성과 두 개의 영성질 텍스처를 달성하기 위해.
• 양자수학 상호작용에서 근사적인 이산 대칭성($N_1 \leftrightarrow iN_2$)과 질량 항에서 $N_1 \leftrightarrow N_2$를 도입하여 전자 맛 상호작용을 억제하기 위해.
• 정상적인 가벼운 중성미온 질량 계층과 근사적으로 최대 수준의 $CP$-위반 위상($\delta \simeq 3/2\pi$)을 예측하여 자연스러움과 렙토제네시스와의 일관성을 확보하기 위해.
• 진공 안정성, 양자역학적 수렴성, 렙톤 맛 위반 제약 조건을 모두 충족하는 UV 완전하고 예측 가능한 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 두 개의 오른쪽 수체를 가진 최소한의 시우드 라그랑지안을 프로그랫-니엘센 $U(1)_{\rm FN}$ 맛 대칭성에 통합하여 전하 렙톤 질량 계층을 설명하기 위해.
• fermion과 편향장 $\Phi$에 특정한 프로그랫-니엘센 전하를 할당하여 계층적인 양자수학 상호작용을 생성하기 위해.
• 양자수학 상호작용에서 근사적인 이산 대칭성 $N_1 \leftrightarrow iN_2$와 질량 항에서 $N_1 \leftrightarrow N_2$를 도입하여 두 개의 영성질 텍스처를 강제하고 $N_2$의 전자 맛 상호작용을 억제하기 위해.
• 시우드 공식을 사용하여 재규격화된 양자수학 상수로부터 가벼운 중성미온 질량과 PMNS 혼합 행렬을 계산하기 위해.
• 입력된 중성미온 진동 데이터를 사용하여 수치적 분석을 수행하고 디라크 $CP$ 위상 $\delta$와 메조나라 위상을 예측하기 위해.
• 시우드 라그랑지안을 주요 순서 근사로 간주하고, 작은 대칭성 파괴 보정 항이 비영인 가벼운 중성미온 질량을 생성하도록 하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오직 두 개의 오른쪽 수체만을 가진 타입-I 시우드 모형이 관측된 중성미온 진동 데이터를 재현하면서도 높은 예측 가능성 유지가 가능한가?
• RQ2 어떻게 맛 대칭성과 억제 메커니즘을 통해 양자수학 행렬에 두 개의 영성질 텍스처를 자연스럽게 실현할 수 있는가?
• RQ3 근사적인 이산 대칭성($N_1 \leftrightarrow iN_2$)이 전자 맛 상호작용 억제와 맛 대칭성 강제에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 이 최소한의 모형은 정상적인 중성미온 질량 계층과 거의 최대 수준의 $CP$-위반 위상($\delta \simeq 3/2\pi$)을 예측하는가?
• RQ5 이 모형은 진공 안정성, 양자역학적 수렴성, 렙톤 맛 위반 제약 조건을 충족하면서도 공진형 렙토제네시스를 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 현재 중성미온 진동 데이터와 이론적 자연스러움과 일치하는 정상적인 가벼운 중성미온 질량 계층을 예측한다.
• 디라크 $CP$-위반 위상은 거의 최대 수준으로 예측되며, $\delta \simeq 3/2\pi$로 나타나며, 맛 대칭성의 구조와 이산 대칭성에 기인한다.
• 중성미온 양자수학 행렬은 근사적인 두 개의 영성질 텍스처를 보이며, 전자 맛 상호작용이 뮤온과 타우 맛에 비해 억제되어 있다.
• 가벼운 중성미온 질량의 분리가 큰 페시도디라크 쌍 $N_1$과 $N_2$ 사이에 존재함에 따라 공진형 렙토제네시스가 실현되며, 이는 효율적인 $B-L$ 비대칭 생성을 가능하게 한다.
• 모형은 최소한의 매개변수 수에도 불구하고 UV 완전하며 진공 안정성, 양자역학적 수렴성, 렙톤 맛 위반 제약 조건을 모두 충족한다.
• 주요 순서 라그랑지안에 대한 작은 대칭성 파괴 보정 항이 비영인 가벼운 중성미온 질량을 생성하며, PMNS 행렬은 재규격화된 양자수학 상수에 의해 결정된다.