[논문 리뷰] Neutrino Models and Leptogenesis

Sandy S. C. Law|ArXiv.org|2009. 01. 09.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 학위논문은 타입 I 시즈프레임워크 내에서 중성미자 모델을 조사하여 열적 렙토제네시스에 대한 영향을 탐구하며, 전자기 dipole moment에 의한 렙토제네시스 및 저에너지 관측치로부터의 무거운 중성미자 질량 행렬의 대칭성에 의해 보호되는 결정을 포함한 새로운 메커니즘을 제안한다. 주요 결과로는 대칭 제약 조건 하에서도 성공적인 렙토제네시스가 유지되며, 전자기 dipole 상호작용이 비계층적 시나리오에서도 필요한 렙톤 비대칭을 생성할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

Neutrino properties can play a crucial role in determining the matter-antimatter asymmetry of the universe if thermal leptogenesis is the correct solution to the baryogenesis problem. Owing to this, the study of neutrino models goes beyond the mere purpose of generating tiny neutrino masses, and it is natural to incorporate the puzzle of the cosmic baryon asymmetry. To this end, we have investigated several different extensions of the neutrino model based on the type I seesaw mechanism with particular emphasis on their leptogenesis implications.

연구 동기 및 목표

• 아벨형 가족 대칭과 추가 힉스 싱เก터가 타입 I 시즈 모델 내에서 렙토제네시스에 미치는 영향을 조사하기.
• 무거운 오른쪽 수동 중성미자 질량 행렬이 대칭에 의해 보호되는 관계를 통해 저에너지 중성미자 파rameters에 의해 완전히 결정될 수 있는지 확인하기.
• 표준 요크하우 상호작용 대신 전자기 dipole moment(EMDM) 상호작용에 의해 매개되는 새로운 렙토제네시스 메커니즘의 타당성을 탐색하기.
• 대칭에 의해 제약을 받는 조건 하에서 테바 스케일 오른쪽 수동 중성미자의 콜라이더에서의 탐지 가능성 평가하기.
• 특히 비표준 시나리오에서의 맛 효과와 질량 계층의 역할을 고려하여 전자기 렙토제네시스에서의 영향 분석하기.

제안 방법

• 자유 매개변수를 줄이면서도 렙토제네시스의 타당성을 유지할 수 있도록 아벨형 가족 대칭과 실수 힉스 싱게터를 포함한 제약된 중성미자 모델 구축하기.
• 내부 및 상호 맛 대칭을 활용하여 중성미자 디르락 질량 행렬을 전하 렙톤 또는 쿼크 질량 행렬과 연결함으로써 혼합 행렬을 완전히 예측 가능하게 하기.
• 저에너지 관측치를 사용하여 $ M_R \simeq \widehat{m}_f U_{\text{PMNS}}^* \widehat{m}_\nu^{-1} U_{\text{PMNS}}^\dagger \widehat{m}_f $ 라는 식으로 중성미자 질량 행렬 유도하기 (여기서 $ f = e, d, u $).
• EMDM 상호작용에 의한 $ N \to \nu \gamma $ 붕괴의 1-루프 및 트리-레벨 진폭 계산을 수행하여 $ CP $ 비대칭도 평가하기.
• 모형을 표준모형 게이지군과 호환되게 일반화하여 3체 최종 상태를 유지하면서도 $ CP $ 위반 유지하기.
• 전자기 렙토제네시스에서 위상공간 억제 효과 분석 및 적절한 질량 계층 선택을 통한 완화 전략 분석하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아벨형 가족 대칭과 추가 힉스 싱게터를 포함한 시즈 모델에서 자유 매개변수의 감소에도 불구하고 렙토제네시스가 유지 가능한가?
• RQ2 대칭 제약 조건 하에서 시즈 영역이 저에너지 중성미자 파rameters에 의해 얼마나 완전히 결정될 수 있는가?
• RQ3 무거운 오른쪽 수동 중성미자에서 전자기 dipole moment 연산자에 의해 매개되는 $ CP $ 위반 붕괴를 통해 렙톤 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ4 오른쪽 수동 중성미자의 질량 계층이 표준 요크하우 매개 렙토제네시스와 비교할 때 전자기 렙토제네시스의 성공에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 대칭과 저에너지 데이터에 의해 질량이 제약을 받는 테바 스케일 오른쪽 수동 중성미자에 대한 콜라이더 현상학적 전망은 어떠한가?

주요 결과

• 아벨형 가족 대칭과 하나의 추가 힉스 싱게터를 포함한 모델은 맛 효과를 포함하더라도 성공적인 렙토제네시스를 유지하며, 무거운 중성미자에 대한 계층적 시나리오에서도 타당성을 유지한다.
• 디르락 질량 행렬이 대칭을 통해 업 쿼크 또는 전하 렙톤 질량 행렬과 연결될 경우, 저에너지 관측치 — 중성미자 질량, 혼합 각도, $ CP $ 위상 — 를 통해 무거운 오른쪽 수동 중성미자 질량 행렬을 완전히 결정할 수 있다.
• 대칭 제약 조건 하에서 성공적인 렙토제네시스는 오직 매개변수 공간의 매우 정밀하게 조정된 영역에서만 가능하며, 특히 디르락 질량 행렬이 업 쿼크 질량 행렬과 일치할 때 ($ f = u $) 및 특정 조합의 디르락 및 메조라나 위상 선택이 이루어질 경우에만 가능하다.
• 비록 $ f = e $ 일 때 테바 스케일 오른쪽 수동 중성미자가 이론적으로 가능하지만, 그 생산 단면적은 LHC나 ILC에서의 탐지에 부적합할 정도로 너무 작아 콜라이더 탐지 범위가 제한된다.
• EMDM 상호작용을 통한 전자기 렙토제네시스는 트리-레벨과 1-루프 진폭 간의 간섭으로 인해 필요한 렙톤 비대칭을 성공적으로 생성할 수 있다.
• 전자기 렙토제네시스 시나리오는 표준적인 강한 계층적 질량 스펙트럼을 기피하지만, 약간의 계층 또는 준가역적 질량 시나리오에서는 공명 효과로 인해 비대칭도가 증폭되어 잘 작동한다.