[논문 리뷰] TeV-scale seesaw with non-negligible left-right neutrino mixings

Naoyuki Haba, Tomohiro Horita외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 11.

Neutrino Physics Research참고 문헌 21인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 활성 중성미자 질량을 미세하게 유지하면서도 비노력한 왼쪽-오른쪽 중성미자 혼합을 갖는 자연스러운 테바 스케일의 시즈모 메커니즘을 제안한다. 디락 질량 행렬을 (M_D)_{33} 이 지배하고 (M_R^{-1})_{33} → 0 이 되도록 배열함으로써, 경량 중성미자 질량을 eV 이하 수준으로 유지하면서도 상당한 왼쪽-오른쪽 혼합을 달성한다. 이는 sin²θ₁₃ ≈ 0.01–0.04 (sinθ₁₃ ≈ 0.10–0.20) 를 예측하며, 이는 현재 진행 중인 중성미자 진동 실험에서 검증 가능하다.

ABSTRACT

We suggest natural TeV-scale seesaw with non-negligible left-right neutrino mixings as preserving tiny neutrino masses. Our analysis is exhibited, without loss of generality, by taking a basis of the neutrino matrices, in which the condition to obtain the left-right mixings is clear. We also suggest a flavor symmetry as an underlying theory, which naturally realizes our setup to preserve tiny neutrino masses. Our setup can predict a magnitude of sin theta_13 in a region of 0.10 to 0.20, depending on the deviation from maximal atmospheric neutrino mixing and CP phase. We also investigate experimental constraints and phenomenology in our setup.

연구 동기 및 목표

• 작은 중성미자 질량과 큰 왼쪽-오른쪽 혼합 간의 갈등을 시즈모 모형에서 해결하기 위해.
• 초중량의 오른쪽 수반 중성미자를 피하는 자연스러운 테바 스케일의 시즈모 메커니즘을 구축하기 위해.
• 왼쪽-오른쪽 중성미자 혼합이 실험적으로 접근 가능해지면서도 활성 중성미자 질량이 미세하게 유지되는 조건을 규명하기 위해.
• 원하는 질량 행렬 구조로 이어지는 자연스러운 플라버 대칭 실현을 제안하기 위해.
• 동일 전하 이전자 이벤트 및 μ→eγ, 0νββ 붕괴에서의 현상학적 신호를 탐색하기 위해.

제안 방법

• 왼쪽-오른쪽 혼합 조건이 명시적으로 드러나도록 필드 회전을 통해 중성미자 질량 행렬의 기저를 사용하며, 일반성을 잃지 않는다.
• 큰 왼쪽-오른쪽 혼합이 xM ∼ m 이고 b ≪ 1 일 때 발생하는 것을 보여주기 위해 2-플라버 토이 모형을 분석하며, 단순화를 위해 a ≪ 1 이다.
• 순차적 회전(예: U₂₃(θ))을 적용하여 4×4 중성미자 질량 행렬을 대각화하고, 시즈모 공식을 통해 효과적인 경량 중성미자 질량 행렬을 추출한다.
• 효과적인 PMNS 혼합 행렬을 왼쪽 수반, 오른쪽 수반, 그리고 회전에 의해 유도된 혼합 행렬의 곱으로 유도한다.
• 필요한 질량 행렬 텍스처를 생성하기 위해 플라버 필드를 사용하는 SU(2)×U(1) 게이지 대칭을 갖는 플라버 대칭 모형을 구축한다.
• M₂ ≈ M₃ 일 때 yw − z² = 0 조건을 도입함으로써, 동일한 오른쪽 수반 중성미자 질량을 얻고, 이는 공진 렙토제네시스를 가능하게 하며, μ→eγ 및 0νββ 붕괴 진폭을 억제한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 활성 중성미자 질량이 eV 수준에 머무르는 동안, 테바 스케일의 시즈모 모형에서 왼쪽-오른쪽 중성미자 혼합이 크게 될 수 있는가?
• RQ2 초중량의 오른쪽 수반 중성미자를 요구하지 않고도 비노력한 왼쪽-오른쪽 혼합을 유도하는 M_D 와 M_R 의 행렬 구조는 무엇인가?
• RQ3 최대 대기 중성미자 혼합에서의 편차와 CP 위상은 sinθ₁₃ 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 플라버 대칭이 활성 중성미자 질량이 작고, 실험적으로 접근 가능한 왼쪽-오른쪽 혼합을 갖는 질량 행렬 텍스처를 자연스럽게 실현할 수 있는가?
• RQ5 이러한 모형의 충돌기 및 희귀 붕괴 서명은 무엇인가, 특히 동일 전하 이전자 이벤트와 μ→eγ에 대해 어떤가?

주요 결과

• 3-플라버 케이스에서 (M_D)_{33} 이 지배하고 (M_R^{-1})_{33} → 0 이 되도록 하여, 1-플라버 케이스에서 sinθ ∼ 10⁻⁶ 수준의 비노력한 왼쪽-오른쪽 중성미자 혼합을 달성한다.
• 시즈모 공식을 통해 효과적인 경량 중성미자 질량 행렬을 유도하며, m_ν ∼ M_D M_R^{-1} M_D^T 형태로 표현되며, 비대각항의 기여가 억제된다.
• 모형은 최대 대기 중성미자 혼합에서의 편차와 CP 위상에 따라 sinθ₁₃ 를 0.10에서 0.20 사이로 예측한다.
• 0νββ 붕괴가 금지되어도 LHC에서 동일 전하 이전자 단면적(e⁺e⁺, e⁺μ⁺, μ⁺μ⁺) 이 관측 가능하다.
• M₂ ≈ M₃ 일 때 yw − z² = 0 조건을 통해 μ→eγ 진폭을 상쇄시킬 수 있으며, 엄격한 실험적 제약을 충족시킨다.
• 두 개의 더 무거운 오른쪽 수반 중성미자가 거의 동일한 질량을 갖기 때문에 공진 렙토제네시스가 가능하며, 이는 테바 스케일 질량에서 성공적인 비어로제네시스를 가능하게 한다.