[논문 리뷰] Neutrino Masses in Effective Rank-5 Subgroups of E_6 I: Non-SUSY Case

Mariana Frank, İsmail Turan외 1명|arXiv (Cornell University)|2004. 12. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 비초과대칭 E_6 유도 모델에서 중성미오 질량을 조사하며, 대체 좌우 대칭 모형과 관성 모형에 초점을 맞춘다. 이러한 모형들은 가장 가벼운 비활성 유사 중성미오를 예측하며, 업 쿼크 질량 척도 근처에 두 개의 더 무거운 중성미오를 예측한다. 이는 표준모형 물리학을 복원하기 위해 추가 대칭 또는 상호작용—예를 들어 이산 대칭, 고차원 연산자, 또는 추가 중성 fermion—이 필요하다는 것을 의미한다. 이는 비활성 중성미오와 LSND 유사 신호에 대한 영향을 미친다.

ABSTRACT

The neutral fermion sectors of E_6-inspired low energy models, in particular the Alternative Left-Right and Inert models, are considered in detail within the non-supersymmetric scenario. We show that in their simplest form, these models always predict, for each generation, the lightest neutrino to be an SU(2)_L singlet, as well as two extra neutrinos with masses of the order of the up-quark mass. In order to recover Standard Model phenomenology, additional assumptions in the form of discrete symmetries and/or new interactions are needed. These are classified as the Discrete Symmetry (DS), Higher Dimensional Operators (HDO), and Additional Neutral Fermion (ANF) methods. The DS method can solve the problem, but requires additional Higgs doublets that do not get vacuum expectation values. The HDO method predicts no sterile neutrino, and that the active neutrinos mix with a heavy isodoublet neutrino, thus slightly suppressing the couplings of active neutrinos, with interesting phenomenological implications. The ANF method also predicts this suppression, and also naturally includes one or more "sterile" neutrinos. This scenario allows the existence of sterile neutrino(s) in either a 3+1 or 2+2 structure at low energies, which are favored by the LSND result.

연구 동기 및 목표

• 비초과대칭 프레임워크 내에서 E_6 유도 저에너지 모형의 중성 페르미온 부문을 분석하기 위해.
• 대체 좌우 대칭 모형과 관성 모형의 가장 단순한 형태에서 중성미오 질량 스펙트럼의 내재된 예측을 규명하기 위해.
• 모델 예측과 표준모형 중성미오 물리학 간의 불일치를 해결하기 위한 세 가지 메커니즘—이산 대칭(DS), 고차원 연산자(HDO), 추가 중성 페르미온(ANF)—을 분류하고 평가하기 위해.
• 특히 LSND 실험 결과를 고려할 때, 비활성 중성미오의 실현 가능성, 특히 3+1 또는 2+2 패턴에서의 가능성을 평가하기 위해.

제안 방법

• E_6 유도 모형의 중성 페르미온 부문을 분석하며, 대체 좌우 대칭 모형과 관성 모형의 실현을 중심으로 한다.
• 군론적 분석을 적용하여 E_6의 효과적 랭크-5 부분군 내 중성 페르미온의 SU(2)_L 표현 내용을 규명한다.
• 모형의 표준모형 중성미오 물리학과의 불일치를 해결하기 위해 세 가지 별개의 메커니즘—이산 대칭(DS), 고차원 연산자(HDO), 추가 중성 페르미온(ANF)—을 도입한다.
• 각 메커니즘이 활성 중성미오 결합을 억제하고 비활성 중성미오 상태를 생성하는 능력을 평가한다.
• 대칭 제약 조건과 효과적 필드 이론 기법을 사용하여 각 메커니즘 하에서 중성미오 질량 행렬의 구조를 유도한다.
• 특히 비활성 중성미오 존재성과 혼합 패턴에 대한 현상물리적 영향을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대체 좌우 대칭 모형과 관성 모형과 같은 E_6 유도 비초과대칭 모형의 가장 단순한 형태에서 중성미오 질량 스펙트럼은 어떻게 예측되는가?
• RQ2 이산 대칭, 고차원 연산자, 또는 추가 중성 페르미온은 모형 예측과 표준모형 중성미오 물리학 간의 불일치를 어떻게 해결하는가?
• RQ3 DS, HDO, 또는 ANF 메커니즘은 활성 중성미오 결합을 억제하면서도 게이지 불변성과 일관성을 유지할 수 있는가?
• RQ4 이러한 모형에서 비활성 중성미오는 어떤 역할을 하는가? 자연스럽게 3+1 또는 2+2 패턴에서 나타나는가?
• RQ5 이러한 메커니즘은 비활성 중성미오 해법을 고려할 때 LSND 이질현상과 어떻게 일치하는가?

주요 결과

• 모형의 가장 단순한 형태에서, 각 세대의 가장 가벼운 중성미오는 SU(2)_L 스칼라로 예측되며, 이는 비활성 유사 성격을 나타낸다.
• 업 쿼크 질량 척도 근처에 질량을 가진 두 개의 추가 중성미오가 예측되며, 이는 표준모형을 초월한 계단형 구조를 시사한다.
• 이산 대칭(DS) 방법은 표준모형 호환성을 복원할 수 있지만, 비틀림되지 않은 추가 힉스 이중체가 필요하며, 이들은 진공 기대값을 취하지 않는다.
• 고차원 연산자(HDO) 방법은 비활성 중성미오를 예측하지 않으며, 오히려 활성 중성미오와 무거운 이소이중체 중성미오 간의 혼합을 초래하여 활성 중성미오 결합을 억제한다.
• 추가 중성 페르미온(ANF) 방법은 자연스럽게 하나 이상의 비활성 중성미오를 포함하며, 활성 중성미오 결합을 억제하는 결과를 낳는다.
• HDO와 ANF 메커니즘 모두 저에너지 비활성 중성미오 패턴을 허용하며, 이는 3+1 또는 2+2 구조와 일치하여 LSND 이질현상에 대한 현상물리적 피팅을 가능하게 한다.