[논문 리뷰] Radiative Seesaw Model with Non-zero $ heta_{13}$ and Warm Dark Matter Scenario

Ping-Kai Hu|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 13.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 Daya Bay에서 측정된 비영인 θ₁₃을 반영하여 Ma의 복사적 시즈모델을 재검토하며, 냉각 암흑물질(CDM) 및 따뜻한 암흑물질(WDM) 시나리오에서의 가능성성을 탐색한다. 열적 생성과 N₂ 붕괴에 의한 엔트로피 확장 메커니즘을 통해 잔류 밀도를 달성할 수 있으며, 이는 M₁ < M₂ < m₀ 조건을 필요로 한다. μ → eγ 및 잔류 밀도로부터의 강력한 제약 조건이 존재하지만, 모형은 뮤온 g−2 비일치 현상을 설명하기에 부족하다.

ABSTRACT

With updated experiment result, we study Ma's radiative seesaw model. We try to use fewer assumptions to study the feasibility of this model. Both CDM and WDM scenario are taken into consideration. In CDM scenario, the fitting of relic abundance shows that a mass spectrum M_1 < m_0 < M_2 is preferred if theory remains perturbability. By studying the flavour violation process \mu ightarrow e \gamma and relic density abundance, we get very strong constraint for the model. In addition, we try to explain muon anomaly a_{\mu} \equiv (g-2)/2 within the model, but the contribution induced by new particles is too small to account for the discrepancy. In WDM scenario, We show that relic abundance can be produced by thermal production with subsequent entropy dilution process. The entropy dilution can be attained by N_2 decay in which a mass spectrum M_1 < M_2 < m_0 is required.

연구 동기 및 목표

• Daya Bay에서 측정된 비영인 θ₁₃를 바탕으로 Ma의 복사적 시즈모델을 재평가하기 위해.
• 냉각 암흑물질(CDM) 및 따뜻한 암흑물질(WDM) 시나리오에서 모형의 타당성을 평가하기 위해.
• μ → eγ와 같은 쿼크-비대칭 과정 및 잔류 밀도 측정을 통해 모형의 매개변수 공간을 제약하기 위해.
• 모형이 관측된 뮤온 g−2 비일치 현상을 설명할 수 있는지 검토하기 위해.
• WDM의 경우 추가 입자를 도입하지 않고도 N₂ 붕괴를 통해 엔트로피 확장이 모형 내부에서 달성될 수 있음을 보여주기 위해.

제안 방법

• 업데이트된 θ₁₃ 데이터와 PMNS 혼합 행렬을 사용하여 중성미온 질량 행렬을 재구성한다.
• WDM 시나리오에서 정확한 잔류 밀도를 달성하기 위해 열적 생성과 엔트로피 확장 메커니즘을 적용한다.
• Z₂ 대칭을 통해 가장 가벼운 메이저라 페르미온 N₁을 안정화시켜 암흑물질 후보로 삼는다.
• 공반탄 및 혼합 효과를 고려하여 CDM 및 WDM 가정 하에 잔류 밀도의 수치적 피팅을 수행한다.
• N₁, N₂ 및 스칼라 이중체 η를 포함한 1-루프 도형을 사용하여 μ → eγ와 같은 쿼크-비대칭 과정을 평가한다.
• 모형 내 새로운 입자가 기여하는 뮤온 비정상 자석모멘트(g−2) 기여도를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비영인 θ₁₃을 가진 복사적 시즈모델이 CDM 및 WDM 시나리오에서 정확한 잔류 밀도를 재현할 수 있는가?
• RQ2 잔류 밀도 및 보편성 제약 조건을 고려할 때 어떤 질량 계열(M₁ < m₀ < M₂ 또는 M₁ < M₂ < m₀)이 유리한가?
• RQ3 μ → eγ 붕괴 과정으로부터 모형의 매개변수 공간에 가해지는 제약 조건은 얼마나 강력한가?
• RQ4 모형이 관측된 뮤온 g−2 비일치 현상을 설명할 수 있는가?
• RQ5 추가 입자를 도입하지 않고도 WDM의 엔트로피 확장이 모형 내부에서 달성 가능한가? 어떤 붕괴 메커니즘이 이를 가능하게 하는가?

주요 결과

• CDM 시나리오에서 보편성과 관측된 잔류 밀도를 유지하기 위해 M₁ < m₀ < M₂ 질량 스펙트럼이 선호된다.
• μ → eγ 과정은 모형의 매개변수 공간에 매우 강력한 제약 조건을 가한다.
• 모형 내 새로운 입자가 기여하는 뮤온 g−2 기여도는 관측된 비일치 현상을 설명하기에 너무 작다.
• WDM 시나리오에서 정확한 잔류 밀도는 열적 생성과 N₂ 붕괴에 의한 엔트로피 확장으로 달성되며, 이는 M₁ < M₂ < m₀ 조건을 필요로 한다.
• 엔트로피 확장은 모형 내부의 N₂ 붕괴를 통해 실현 가능하며, 추가 스칼라 싱เก트론이나 재가열 입자가 필요로 하지 않는다.
• 비영인 θ₁₃를 고려할 때, 쿼크-비대칭 과정과 잔류 밀도로부터의 제약 조건으로 인해 모형의 타당성은 상당히 제한된다.