[논문 리뷰] Neutrino masses, mixing, and leptogenesis in an S3 model

Arturo Álvarez Cruz, Myriam Mondragón|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 세 개의 오른쪽 수동 메이저라 네이트론과 세 개의 힉스 이중체를 가진 S3-3H 모형에서 중성미온의 질량, 혼합 및 레프토제네시스를 조사한다. 비동일한 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량을 고려한 새로운 PMNS 행렬의 매개변수화를 유도하고, 성공적인 레프토제네시스가 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량이 $10^6$ GeV까지 낮아도 관측된 양성자 비대칭을 생성할 수 있음을 보여주며, 표준 모형을 초월한 바이오제네시스에 대해 타당한 메커니즘을 제공한다.

ABSTRACT

In this work we use previous results on the masses and mixing of neu- trinos of an S3 model with three right-handed Majorana neutrinos and three Higgs doublets, to reduce one parameter in the case when two of the right-handed neutrinos are mass degenerate. We derive a new param- eterization for the VP M N S mixing matrix, with a new set of parameters, in the more general case where the right-handed neutrino masses are dif- ferent. With these results, we calculate leptogenesis and the associated baryogenesis in the model in the two different scenarios. We show that it is possible to have enough leptogenesis to explain the baryonic asymmetry with right-handed neutrino masses above 10^{6} GeV.

연구 동기 및 목표

• 이전 연구에서 질량이 동일한 것으로 가정한 바에 비해 비동일한 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량을 포함하도록 S3-3H 모형을 확장하는 것.
• 최근 중성미온 진동 데이터에 적합한 전체 비동일 질량 스펙트럼을 포함한 새로운 PMNS 혼합 행렬의 매개변수화를 도출하는 것.
• 질량이 동일한 경우와 비동일한 경우의 두 상황에서 레프토제네시스 및 관련 바이오제네시스를 계산하는 것.
• 관측된 우주의 양성자 비대칭을 생성할 수 있는 매개변수 공간의 타당한 영역을 규명하는 것.

제안 방법

• 세 개의 힉스 이중체와 세 개의 오른쪽 수동 메이저라 네이트론을 포함한 S3 대칭을 사용하여 경량 중성미온 질량의 세우스 타입 모형을 구성하는 것.
• 디르락 및 메이저라 질량 행렬에서 유도된 각도와 위상으로 새로운 PMNS 행렬의 매개변수화를 유도하며, 실험적 중성미온 혼합 데이터에 대한 제약 조건을 포함하는 것.
• 최신 중성미온 진동 데이터에 새로운 매개변수를 적합하기 위해 $χ^2$ 분석을 구현하는 것. 이때 반복각 $\theta_{12}$의 업데이트된 값도 포함된다.
• 결합 진동 진폭 간의 간섭을 고려하여 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 붕괴에서의 CP 비대칭을 계산하는 공식 $\epsilon \propto \text{Im}[\text{tr}(m_D^\dagger m_D M^{-1})]$ 를 사용하는 것.
• 매개변수 공간의 수치적 스캐닝을 통해 레프토제네시스를 통한 양성자 비대칭을 평가하며, 질량과 위상에 대한 의존성을 중심으로 분석하는 것.
• 질량이 동일한 경우와 비동일한 경우의 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량를 비교하여 레프토제네시스의 스케일과 타당성에 미치는 영향을 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비동일한 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량을 가진 S3-3H 모형이 새로운 PMNS 매개변수화를 통해 현재 관측된 중성미온 혼합 각도와 질량을 재현할 수 있는가?
• RQ2 비동일한 경우에 레프토제네시스 비대칭은 오른쪽 수동 메이저라 네이트론의 위상과 질량 비율에 어떻게 의존하는가?
• RQ3 특히 비동일한 경우에서 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량가 $10^{12}$ GeV 이하일 때도 충분한 양성자 비대칭을 레프토제네시스를 통해 달성할 수 있는가?
• RQ4 질량이 동일한 경우와 비동일한 경우의 레프토제네시스 성공 영역을 비교할 때 매개변수 공간은 어떻게 다른가?
• RQ5 이 모형에서 공진 레프토제네시스는 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량을 낮추는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 비동일한 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량의 경우 새로운 PMNS 혼합 행렬의 매개변수화가 도출되었으며, 업데이트된 $\theta_{12}$ 값과 함께 현재 중성미온 진동 데이터에 일관되게 적합할 수 있다.
• 레프토제네시스를 통한 양성자 비대칭은 CP 위반 위상에 매우 민감하며, 질량이 동일한 경우 최대 비대칭은 $\delta = 3\pi/4$ 에서 발생한다.
• 비동일한 경우에 최대 비대칭은 절대 중성미온 질량과 무관하게 $\mu_{2a} - \mu_{3a} = \pi/2 + n\pi$ 일 때 발생한다.
• 이 모형은 오른쪽 수동 메이저라 네이트론 질량이 $10^6$ GeV까지 낮아도 충분한 양성자 비대칭을 생성할 수 있으며, 일반적인 세우스 스케일보다 크게 낮다.
• 비동일한 경우에 성공적인 레프토제네시스를 가능하게 하는 매개변수 공간의 영역이 더 넓으며, 특히 위상 의존성과 공진 효과가 강화되어 있기 때문이다.
• 공진 레프토제네시스는 $M_1 - M_3 \simeq \frac{1}{2}\Gamma_{N_{1,3}}$ 일 때 관찰되며, 이는 비대칭을 강화하고 더 낮은 질량 스케일을 요구하게 한다.