[논문 리뷰] Uncertainties in neutrinoless $\beta \beta $ decay transition matrix elements within mechanisms involving light Majorana neutrinos, classical Majorons and sterile neutrinos

P. K. Rath, R. Chandra외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 08. 02.

Neutrino Physics Research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 PHFB 모델을 사용하여 여러 동위원소에서 중성미자 없는 이중베타 붕괴(NMEs)의 불확실성을 정량적으로 평가하며, 경량 메이저라 네트럴 뉴트리노, 고전적 메이저론, 희생 뉴트리노를 포함한 메커니즘을 평가한다. 최대 불확실성은 메이저라 및 고전적 메이저론 메커니즘에서 약 15%에 이르며, 희생 뉴트리노 시나리오는 Jastrow를 고려하지 않을 경우 4–20%의 불확실성을 보이고, Jastrow를 포함할 경우 9–36%로 증가한다. 이는 희생 뉴트리노 질량과 매개변수화 방식에 따라 달라진다.

ABSTRACT

In the PHFB model, uncertainties in the nuclear transition matrix elements for the neutrinoless double-$\beta decay of $ ^{94,96}$Zr, $^{98,100}$Mo, $^{104}$Ru, $^{110}$Pd, $^{128,130}$Te and $^{150}$Nd isotopes within mechanisms involving light Majorana neutrinos, classical Majorons and sterile neutrinos are statistically estimated by considering sets of sixteen (twenty-four) matrix elements calculated with four different parametrization of the pairing plus multipolar type of effective two-body interaction, two sets of form factors and two (three) different parameterizations of Jastrow type of short range correlations. In the mechanisms involving the light Majorana neutrinos and classical Majorons, the maximum uncertainty is about 15% and in the scenario of sterile neutrinos, it varies in between approximately 4 (9)%--20 (36)% without(with) Jastrow short range correlations with Miller-Spencer parametrization, depending on the considered mass of the sterile neutrinos.

연구 동기 및 목표

• Zr, Mo, Ru, Pd, Te, Nd의 동위원소에서 중성미자 없는 이중베타 붕괴(0νββ 붕괴)의 핵행렬원소(NMEs)에 대한 이론적 불확실성의 영향을 평가하기 위해.
• 효율적 상호작용, 형상 인자, 단기상관 매개변수화의 변화에 따른 NMEs의 민감도를 평가하기 위해.
• 경량 메이저라 뉴트리노, 고전적 메이저론, 희생 뉴트리노의 세 가지 별개 메커니즘에 대한 NMEs의 불확실성을 정량화하기 위해.
• Jastrow 유형의 단기상관이 포함될 경우, 특히 희생 뉴트리노 시나리오에서 불확실성 범위에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 모델 매개변수의 포괄적인 세트를 사용하여 여러 동위원소에 걸쳐 NMEs 불확실성의 통계적 추정을 제공하기 위해.

제안 방법

• 12개의 동위원소에서 0νββ 붕괴의 핵행렬원소를 계산하기 위해 준입자 진동-진동 결합(PHFB) 모델을 사용하기 위해.
• 쌍체화 및 다극자 효과적 두체 상호작용의 네 가지 다른 매개변수화를 사용하여 상호작용 형태에 대한 민감도를 평가하기 위해.
• 두 종류의 형상 인자와 Jastrow 유형의 단기상관에 대한 두(또는 세) 가지 매개변수화를 적용하여 양성자-양성자 상관을 모델링하기 위해.
• 상호작용 매개변수, 형상 인자, 상관 모델의 변동을 통합하여 통계적으로 불확실성 추정을 수행하기 위해.
• 세 가지 붕괴 메커니즘(경량 메이저라 뉴트리노, 고전적 메이저론, 희생 뉴트리노)에 집중하며, 각각에 대해 별도의 불확실성 평가를 수행하기 위해.
• 모든 매개변수 조합에서 얻은 최대 및 최소 NME 값 기반으로 불확실성 범위를 보고하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경량 메이저라 뉴트리노와 고전적 메이저론을 고려할 때, 0νββ 붕괴의 핵행렬원소에 대한 최대 불확실성은 얼마인가요?
• RQ2 0νββ 붕괴 메커니즘에서 희생 뉴트리노 질량에 따라 NMEs의 불확실성은 어떻게 변화합니까?
• RQ3 Jastrow 유형의 단기상관은 희생 뉴트리노가 매개하는 0νββ 붕괴의 NMEs 불확실성 범위에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ4 효율적 상호작용과 형상 인자의 다양한 매개변수화는 여러 동위원소에서 NME 값의 산포에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ5 단기상관 모델의 다양성 변화가 0νββ 붕괴 NMEs의 전체 불확실성 예산에 미치는 상대적 영향은 어느 정도인가요?

주요 결과

• 경량 메이저라 뉴트리노와 고전적 메이저론 메커니즘에 대해 핵행렬원소의 최대 불확실성은 약 15%이다.
• 희생 뉴트리노 시나리오에서는 Jastrow를 고려하지 않을 경우 희생 뉴트리노 질량에 따라 약 4%에서 20%의 불확실성이 발생한다.
• Jastrow 단기상관을 포함할 경우, 희생 뉴트리노 매개 0νββ 붕괴의 불확실성 범위는 다시 희생 뉴트리노 질량에 따라 9%에서 36%로 증가한다.
• Miller-Spencer 매개변수화는 다른 매개변수화에 비해 희생 뉴트리노 케이스에서 더 높은 불확실성 한계를 초래한다.
• 효율적 상호작용과 형상 인자의 여러 매개변수화를 포함할 경우, 특히 희생 뉴트리노 채널에서 NME 추정치의 산포에 크게 영향을 미친다.
• 본 연구는 NMEs의 불확실성이 균일하게 분포되어 있지 않으며, 특히 희생 뉴트리노 메커니즘에서 모델 매개변수의 선택에 매우 민감하다는 것을 입증한다.