[논문 리뷰] Radiative Corrections to Light Neutrino Masses in Low Scale Type I Seesaw Scenarios and Neutrinoless Double Beta Decay

J. López-Pavón, Emiliano Molinaro외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 17.

Neutrino Physics Research인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 저스케일 타입 I 시즈모 모델에서 경량 중성미오 질량에 대한 복사 보정과 그 무중성미오 이중 베타 붕괴(0νββ)에 미치는 영향을 조사한다. 수반되는 결과로, 무거운 메이저라 중성미오에서 기인하는 효과적 메이저라 질량에 상당한 기여를 하기 위해서는 고체 수준의 미세조정된 상쇄가 필요하며, 이에 필요한 미세조정의 정도를 정량화하고, 한 번의 고리 보정을 포함하는 일반화된 카사스-이바라 매개변수화를 제안한다.

ABSTRACT

We perform a detailed analysis of the one-loop corrections to the light neutrino mass matrix within low scale type I seesaw extensions of the Standard Model and their implications in experimental searches for neutrinoless double beta decay. We show that a sizable contribution to the effective Majorana neutrino mass from the exchange of heavy Majorana neutrinos is always possible, provided one requires a fine-tuned cancellation between the tree-level and one-loop contribution to the light neutrino masses. We quantify the level of fine-tuning as a function of the seesaw parameters and introduce a generalisation of the Casas-Ibarra parametrization of the neutrino Yukawa matrix, which easily allows to include the one-loop corrections to the light neutrino masses.

연구 동기 및 목표

• 저스케일 타입 I 시즈모 시나리오에서 무거운 메이저라 중성미오가 무중성미오 이중 베타 붕괴에서 효과적 메이저라 중성미오 질량에 상당한 기여를 할 수 있는 조건을 규명하는 것.
• 한 번의 고리 보정을 포함할 경우, 0νββ 붕괴율에 대해 큰 무거운 중성미오 기여를 달성하기 위해 필요한 미세조정 수준을 정량화하는 것.
• 한 번의 고리 보정을 포함하는 카사스-이바라 매개변수화를 일반화하는 것.
• 직접 탐색, 채널 렙톤의 편미분 위반, 그리고 PMNS 행렬의 비단위성 등 제약 조건을 포함한 전체 매개변수 공간을 분석하는 것.
• 관측 가능한 0νββ 붕괴율을 위해 필요한 큰 활성-스테릴 중성미오 혼합을 생성할 수 있는 시즈모 실현 방식을 명확히 하는 것.

제안 방법

• 무거운 오른쪽 수성 중성미오 기저에서의 유니터리 변환을 사용하여 타입 I 시즈모 프레임워크 내에서 경량 중성미오 질량 행렬의 한 번의 고리 보정을 유도한다.
• 경량 중성미오 질량 행렬을 디라크 질량 행렬과 변환된 무거운 메이저라 질량 행렬의 함수로 표현함으로써, 한 번의 고리 효과를 포함하는 수정된 카사스-이바라 매개변수화를 도입한다.
• 루프 함수 F(x)를 사용하여 메이저라 질량 행렬의 한 번의 고리 기여를 계산하며, 로그 항의 명시적 해석적 표현은 급수 전개와 폐형 간소화를 통해 유도된다.
• 우주론, 직접 탐색, 렙톤의 편미분 위반 등 제약 조건을 포함한 전체 매개변수 공간의 수치적 분석을 수행하여 큰 무거운 중성미오 기여에 유리한 영역를 평가한다.
• 수준 기반의 트리-레벨 대 한 번의 고리 기여 비율을 통해 미세조정을 정량화하며, 시즈모 매개변수의 함수로 된 미세조정 측도를 정의한다.
• 확장된 시즈모 및 역시즈모 극한을 분석하여 특정 시나리오에서의 한 번의 고리 보정에 대한 해석적 표현을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1 GeV 이상의 질량을 가진 무거운 메이저라 중성미오가 무중성미오 이중 베타 붕괴에서 효과적 메이저라 중성미오 질량에 상당한 기여를 할 수 있는 조건은 무엇인가?
• RQ2 무거운 메이저라 중성미오가 0νββ 붕괴율에 상당한 기여를 하기 위해 활성-스테릴 중성미오 혼합이 얼마나 커야 하는가?
• RQ3 한 번의 고리 보정을 포함할 경우, 0νββ 붕괴율에 대해 무거운 중성미오 기여가 지배적이 되기 위해 필요한 미세조정 수준은 어느 정도인가?
• RQ4 일반화된 카사스-이바라 매개변수화는 저스케일 시즈모 모델에서 트리-레벨과 한 번의 고리 기여 간의 상호작용을 정확하게 기술할 수 있는가?
• RQ5 직접 탐색, 채널 렙톤의 편미분 위반, 비단위성 제약 조건은 큰 무거운 중성미오 기여가 0νββ 붕괴에 가능하게 하는지에 영향을 미치는가?

주요 결과

• 무거운 메이저라 중성미오에서 기인하는 효과적 메이저라 중성미오 질량에 상당한 기여는 경량 중성미오 질량 행렬의 트리-레벨 기여와 한 번의 고리 기여 간의 미세조정된 상쇄를 통해만 가능하다.
• 무거운 중성미오 질량이 몇 GeV 이상일 경우, 0νββ 붕괴율에 상당한 기여를 하기 위해 큰 활성-스테릴 중성미오 혼합이 필요하다.
• 무거운 중성미오 질량이 증가함에 따라, 지배적인 무거운 중성미오 기여를 달성하기 위해 필요한 미세조정 수준은 상당히 증가하며, 특히 10 GeV 이상일 경우 더욱 뚜렷하다.
• 일반화된 카사스-이바라 매개변수화는 한 번의 고리 보정을 성공적으로 통합하며, 시즈모 역학을 완전히 제어할 수 있는 매개변수 공간의 체계적 연구를 가능하게 한다.
• 확장된 시즈모 극한에서는 유도된 로그 형태의 루프 함수를 사용하여 경량 중성미오 질량 행렬의 한 번의 고리 보정을 해석적으로 표현할 수 있다.
• 역시즈모 극한에서는 한 번의 고리 기여 역시 폐형 표현을 갖는다. 이는 이 방법이 다양한 시즈모 실현 방식에 걸쳐 강력함을 확인한다.