[논문 리뷰] Neutrino Oscillations without Neutrino Masses or Heavy Mass Scales: A Higher-Dimensional Seesaw Mechanism

Keith R. Dienes, Emilian Dudaş외 1명|arXiv (Cornell University)|1998. 11. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 35

한 줄 요약

이 논문은 높은 차원의 시즈모 메커니즘을 제안하여, 무거운 질량 스케일이나 비영인 중성미오 질량을 요구하지 않고도 가벼운 중성미오 질량을 생성한다. 오른쪽 수동 중성미오가 추가 차원을 통해 전파되게 하여, 양자 쿠퍼링을 통한 양자 양자 쿠퍼링을 통해 왼쪽 수동 중성미오 질량이 거듭 제어되고, 칼루차-클라인 상태 질량을 통해 중성미오 진동을 설명할 수 있으며, 시즈모 스케일을 수축화 반경으로 대체할 수 있다.

ABSTRACT

Recent theoretical developments have shown that extra spacetime dimensions can lower the fundamental GUT, Planck, and string scales. However, recent evidence for neutrino oscillations suggests the existence of light non-zero neutrino masses, which in turn suggests the need for a heavy mass scale via the seesaw mechanism. In this paper, we make several observations in this regard. First, we point out that allowing the right-handed neutrino to experience extra spacetime dimensions naturally permits the left-handed neutrino mass to be power-law suppressed relative to the masses of the other fermions. This occurs due to the power-law running of the neutrino Yukawa couplings, and therefore does not require a heavy scale for the right-handed neutrino. Second, we show that a higher-dimensional analogue of the seesaw mechanism may also be capable of generating naturally light neutrino masses without the introduction of a heavy mass scale. Third, we show that such a higher-dimensional seesaw mechanism may even be able to explain neutrino oscillations without neutrino masses, with oscillations induced indirectly via the masses of the Kaluza-Klein states. Fourth, we point out that even when higher-dimensional right-handed neutrinos are given a bare Majorana mass, the higher-dimensional seesaw mechanism surprisingly replaces this mass scale with the radius scale of the extra dimensions. Finally, we also discuss a possible new mechanism for inducing lepton-number violation by shifting the positions of D-branes in Type I string theory.

연구 동기 및 목표

• 추가 차원을 가진 모델에서 저에너지 중성미오 진동과 무거운 시즈모 스케일이 요구되는 갈등을 해결하기 위해.
• 추가 차원의 기하학을 이용해 고에너지 스케일을 도입하지 않고도 중성미오 질량이 자연스럽게 가벼운지 탐구하기 위해.
• 칼루차-클라인 상태의 혼합을 통해 비영인 중성미오 질량이 없더라도 중성미오 진동이 발생할 수 있는지 조사하기 위해.
• 오른쪽 수동 중성미오가 추가 차원에 국한되어 있고, 기본 마조라나 질량이 존재할 경우 시즈모 메커니즘이 어떻게 수정되는지 파악하기 위해.
• 타입 I 스트링 이론에서 D-브레인 위치 이동을 통한 렙톤 수의 위반을 위한 새로운 메커니즘을 제안하기 위해.

제안 방법

• 왼쪽 수동 중성미오는 3+1 차원 브레인에 고정되어 있는 반면, 오른쪽 수동 중성미오는 추가 시공간 차원을 통해 전파되도록 설정한다.
• 추가 차원에서 중성미오 양자 쿠퍼링의 거듭 제어를 이용해 다른 페르미온 질량에 비해 효과적인 왼쪽 수동 중성미오 질량을 감소시킨다.
• 시즈모 스케일이 추가 차원의 수축화 반경으로 대체되는 고차원 시즈모 메커니즘을 구축한다.
• 오른쪽 수동 중성미오의 칼루차-클라인 스펙트럼을 분석하여, 양자 쿠퍼링을 통해 왼쪽 수동 중성미오 질량이 0이더라도 칼루차-클라인 상태 질량이 진동을 유도할 수 있음을 보여준다.
• 고차원 설정에서 오른쪽 수동 중성미오에 기본 마조라나 질량을 도입한 경우, 이는 효과적으로 추가 차원의 역수 반경 스케일로 대체됨을 보여준다.
• 타입 I 스트링 이론에서 D-브레인의 이동을 통해 렙톤 수의 위반 가능성을 탐색하며, 브레인 역학을 중성미오 현상물리학과 연결한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무거운 시즈모 스케일을 도입하지 않고도 고차원 모델에서 가벼운 중성미오 질량을 생성할 수 있는가?
• RQ2 칼루차-클라인 상태 혼합으로 인해 비영인 중성미오 질량이 없더라도 중성미오 진동이 발생할 수 있는가?
• RQ3 오른쪽 수동 중성미오가 추가 차원을 통해 전파될 수 있을 경우 시즈모 메커니즘이 어떻게 변화하는가?
• RQ4 고차원 설정에서 무거운 시즈모 질량이 대체되는 효과적인 스케일은 무엇인가?
• RQ5 타입 I 스트링 이론에서 D-브레인 위치 이동이 렙톤 수의 위반과 중성미오 질량 생성으로 이어질 수 있는가?

주요 결과

• 추가 차원에서 양자 쿠퍼링의 영향을 받아 효과적인 왼쪽 수동 중성미오 질량이 다른 페르미온 질량에 비해 거듭 제어되며, 이는 높은 스케일이 필요로 하지 않음을 의미한다.
• 고차원 시즈모 메커니즘은 큰 질량 스케일을 도입하지 않고도 가벼운 중성미오 질량을 생성할 수 있으며, 이는 수축화 반경의 역수로 대체된다.
• 왼쪽 수동 중성미오 질량이 0이더라도 칼루차-클라인 상태 질량이 진동을 유도할 수 있으며, 이는 비영인 중성미오 질량이 없더라도 진동이 발생할 수 있는 메커니즘을 제공한다.
• 오른쪽 수동 중성미오에 기본 마조라나 질량이 도입될 경우, 시즈모 메커니즘은 이 스케일을 추가 차원의 역수 반경 스케일로 대체한다.
• 타입 I 스트링 이론에서 D-브레인의 이동을 통한 렙톤 수의 위반을 위한 새로운 메커니즘이 제안되며, 이는 브레인 역학을 중성미오 현상물리학과 연결한다.
• 이 모델은 시즈모 메커니즘이 고차원에서 자연스럽게 작동하는 일관된 프레임워크를 제공하며, 수축화 스케일이 시즈모 스케일의 역할을 한다.