[논문 리뷰] Probing TeV Left-Right Seesaw at Energy and Intensity Frontiers: a Snowmass White Paper

P. S. Bhupal Dev, R. N. Mohapatra|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 09.

Solar Radiation and Photovoltaics인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 테바르스케일의 왼쪽-오른쪽 시즈모 모델을 이용해 타입-I 시즈모 메커니즘을 통해 미세한 중성미오 질량을 자연스럽게 생성하는 데에 적합한 프레임워크로 다루며, 강화된 무거운-가벼운 중성미오 혼합을 수반한다. 이 모델들은 LHC에서 오른쪽 수동 및 혼합 전류 기여로 인해 관측 가능한 신호를 낼 수 있음을 보여주며, 강도 전면 실험(예: μ→eγ 및 μ→3e에서의 레프톤 불변성 위반, 양성자 없는 이중베타 붕괴의 억제된 그러나 검증 가능한 신호)에서도 관측 가능한 신호를 예측한다.

ABSTRACT

We discuss ways to probe the origin of neutrino masses at the Energy and Intensity frontiers, in TeV-scale left-right seesaw models where small neutrino masses arise via type-I seesaw mechanism. We consider generic ('vanilla') version of such models as well as a version which leads to 'large' light-heavy neutrino mixing while keeping the neutrino masses small in a natural manner. We point out specific observable implications of these classes of models at the LHC as well as in searches for lepton flavor violating processes such as $μ o eγ$ and $μ o 3e$, and also in searches for lepton number violating neutrinoless double beta decay.

연구 동기 및 목표

• 작은 중성미오 질량 문제를 해결하는 데에 테바르스케일의 왼쪽-오른쪽 시즈모 모델의 타당성을 탐색하는 것.
• 무거운-가벼운 중성미오 혼합으로 인해 발생하는 에너지 전면(예: LHC)에서의 특징적인 콜리더 신호를 규명하는 것.
• μ→eγ 및 μ→3e와 같은 레프톤 불변성 위반 과정을 통한 시즈모 메커니즘의 강도 전면 탐사 방법을 검토하는 것.
• 미래의 중성자 없는 이중베타 붕괴 실험의 감도가 모델의 매개변수 공간에 어떻게 영향을 미치는지 평가하는 것.
• 강화된 무거운-가벼운 혼합이 자연스럽게 작은 중성미오 질량을 유지하면서도 관측 가능한 LFV 신호로 이어질 수 있음을 입증하는 것.

제안 방법

• 테바르스케일의 오른쪽 수동 중성미오 질량과 메이조라나 질량 항을 포함한 일반적인('바닐라') 왼쪽-오른쪽 대칭 모델을 구성하는 것.
• 특정 오른쪽 수동 중성미오 질량 행렬의 구조를 통해 작은 중성미오 질량을 유지하면서도 큰 가벼운-무거운 중성미오 혼합을 달성하는 변형 모델(모델 B)을 도입하는 것.
• LHC에서의 콜리더 서명을 평가하며, 오른쪽 수동 전류와 더불어 이중보존 및 이이온 최종 상태에 대한 새로운 오른쪽-왼쪽(RL) 혼합 기여를 중심으로 하는 것.
• W_R, ν_R 및 △^{++} 상태를 포함한 1-루프 및 트리 수준 도형을 사용하여 레프톤 불변성 위반 과정의 분해율을 계산하는 것.
• 가벼운 중성미오 교환, 무거운 메이조라나 중성미오, 그리고 △^{++} 보손의 기여를 포함한 중성자 없는 이중베타 붕괴의 진폭을 유도하는 것.
• 현재의 실험적 제약 조건(예: LFV 및 0νββ 붕괴)을 적용하여 모델의 매개변수, 즉 M_{W_R}, M_N 및 M_{ riangle^{++}} 등을 제약하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바르스케일의 왼쪽-오른쪽 시즈모 모델에서 강화된 무거운-가벼운 중성미오 혼합은 표준 오른쪽 수동 전류 기여를 초월해 LHC에서 관측 가능한 신호를 낳을 수 있는가?
• RQ2 큰 가벼운-무거운 혼합을 가진 모델에서 μ→eγ 및 μ→3e의 예측 분해율은 무엇이며, 현재의 실험적 제약과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 이 모델들에서 무거운 메이조라나 중성미오 및 △^{++} 보손의 기여는 중성자 없는 이중베타 붕괴의 진폭에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 μ→eγ 및 0νββ 붕괴를 탐색하는 강도 전면 실험은 테바르스케일의 왼쪽-오른쪽 시즈모 모델의 매개변수 공간을 탐사할 수 있는가?
• RQ5 모델 B에서 0νββ 진폭의 억제는 현재 및 근래의 실험 감도와 일치하는가?

주요 결과

• LHC에서 이중보존 및 이이온 최종 상태에 대한 오른쪽-왼쪽(RL) 혼합 기여는 표준 오른쪽 수동 및 왼쪽 수동 전류 기여를 초월하여 지배적인 역할을 할 수 있으며, 새로운 콜리더 서명을 제공한다.
• M_{W_R} = 3 TeV 및 M_{ riangle^{++}} = 1 TeV인 모델 B에서 μ→3e의 예측 분해율은 약 3 × 10^{-13}이며, 현재의 실험적 제약 범위 내에 있다.
• M_{ riangle^{++}} ≃ 1 TeV 및 M_{W_R} ≃ 5 TeV일 경우 모델 B에서 μ→eγ의 분해율은 약 3 × 10^{-15}로 추정되며, 현재의 제약과 일치한다.
• 모델 B에서 0νββ 붕괴 진폭은 표준 시즈모 모델 대비 약 10배 감소하여 현재의 실험으로는 탐지할 수 없다.
• 현재 실험적 제약 조건은 오른쪽 수동 W 보손 질량에 대해 하한을 제시한다: M_{W_R} ≥ 3.5 TeV (M_N = 3 TeV일 경우), 그리고 △^{++} 질량에 대해 M_{ riangle^{++}} ≥ 500 GeV (M_{W_R} = 3.5 TeV 및 M_N = 3 TeV일 경우)의 하한을 제시한다.
• LFV 과정의 제약 조건은 M_N / M_{ riangle^{++}} ≤ 0.1을 시사하며, 이는 무거운 중성미오와 이중으로 양전하를 지닌 보손 간의 질량 계층에 대한 힌트를 제공한다.