[논문 리뷰] Neutrinoless Double Beta Decay: Low Left-Right Symmetry Scale?

Miha Nemev, Fabrizio Nesti외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 14.

Neutrino Physics Research인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 낮은 에너지의 왼쪽-오른쪽 대칭 모형이 잠재적인 비제로 중성미자 없는 이중베타 붕괴 신호를 설명할 수 있는지 조사한다. 이는 우주론적 중성미자 질량 한계와 모순된다. 디르악 요카 부항수가 큰 상쇄 없이, 이 모형은 10 테바볼트 이하의 왼쪽-오른쪽 대칭 붕괴 스케일을 요구한다—이것은 LHC의 능력 범위 내에 있다. 이는 표준모형의 검증 가능한 확장이다.

ABSTRACT

SISSA, Trieste, Italy(Dated: December 21, 2011)Experiments in progress may con rm a nonzero neutrinoless double beta decay rate in conict withthe cosmological upper limit on neutrino masses and thus require new physics beyond the StandardModel. A natural candidate is the Left-Right symmetric theory, which led originally to neutrinomass and the seesaw mechanism. In the absence of cancelations of large Dirac Yukawa couplings,we show how such a scenario would require a low scale of Left-Right symmetry breaking roughlybelow 10 TeV, tantalizingly close to the LHC reach.

연구 동기 및 목표

• 잠재적인 비제로 중성미자 없는 이중베타 붕괴 비율과 우주론적 중성미자 질량 상한 간의 갈등을 해결하기 위해.
• 왼쪽-오른쪽 대칭 이론이 미세조정 없이 이 갈등을 해결할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 디르악 요카 부항수가 크고 상쇄되지 않을 경우 필요한 왼쪽-오른쪽 대칭 붕괴 스케일을 결정하기 위해.
• LHC의 능력 범위 내에서 이러한 모형의 현상학적 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 왼쪽-오른쪽 대칭 모형에서 스케일링 메커니즘을 사용한 중성미자 질량 생성 메커니즘을 분석한다.
• 우주론적 중성미자 질량 제약 조건을 평가한다.
• 큰 디르악 요카 부항수가 상쇄되지 않아야 한다는 조건을 적용하여 왼쪽-오른쪽 대칭 붕괴 스케일을 제약한다.
• 관측된 중성미자 없는 이중베타 붕괴 비율과의 일관성을 사용하여 대칭 붕괴 스케일의 상한을 유도한다.
• 예측된 새로운 물리의 스케일을 탐색하기 위해 LHC의 탐색 능력을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 디르악 요카 부항수의 큰 상쇄 없이, 왼쪽-오른쪽 대칭 모형이 비제로 중성미자 없는 이중베타 붕괴 비율을 설명하면서 우주론적 중성미자 질량 한계를 위반하지 않을 수 있는가?
• RQ2 디르악 요카 부항수가 크고 미세조정되지 않을 경우, 왼쪽-오른쪽 대칭 붕괴 스케일은 얼마여야 하는가?
• RQ3 요카 부항수의 상쇄가 없는 경우, 낮은 스케일의 왼쪽-오른쪽 대칭의 타당성은 어떻게 영향을 받는가?
• RQ4 이 시나리오에서 예측된 새로운 물리의 스케일은 LHC에서 접근 가능한가?

주요 결과

• 비제로 중성미자 없는 이중베타 붕괴 비율은 새로운 물리가 도입되지 않는 한 우주론적 중성미자 질량 상한과 모순된다.
• 디르악 요카 부항수의 큰 상쇄가 없을 경우, 왼쪽-오른쪽 대칭 붕괴 스케일은 약 10 테바볼트 이하여야 한다.
• 이 낮은 스케일은 모형이 대형 하드론 충돌기(Large Hadron Collider)에서 검증 가능하게 만든다.
• 이 결과는 LHC에서 왼쪽-오른쪽 대칭 물리 현상을 탐색할 만한 설득력 있는 동기를 제공한다.