[논문 리뷰] An Inverse Seesaw model with $A_4$-modular symmetry

Takaaki Nomura, Hiroshi Okada외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 $A_4$-모듈러 대칭과 오른쪽 수반 페르미온 전용 $U(1)_R$ 게이지 대칭을 기반으로 한 중성미온 질량 모형을 제안하며, 양자 양자역학적 상호작용을 제약하여 역세우기 메커니즘을 실현한다. 이 모형은 무거운 페시도디르락 중성미온에 대해 계층적인 질량 스펙트럼을 예측하고, 디라크 CP 위상, 중성미온 질량 합, $m_{ee}$와 같은 관측 가능량들 사이의 상관관계를 제시한다. 수치적 스캔 결과, 정상 순서(NO)에서 $ less 0.07$ eV이며, $ less 0.01$ eV로 나타난다.

ABSTRACT

We discuss an inverse seesaw model based on right-handed fermion specific $U(1)$ gauge symmetry and $A_4$-modular symmetry. These symmetries forbid unnecessary terms and restrict structures of Yukawa interactions which are relevant to inverse seesaw mechanism. Then we can obtain some predictions in neutrino sector such as Dirac-CP phase and sum of neutrino mass, which are shown by our numerical analysis. Besides the relation among masses of heavy pseudo-Dirac neutrino can be obtained since it is also restricted by the modular symmetry. We also discuss implications to lepton flavor violation and collider physics in our model.

연구 동기 및 목표

• Yukawa 쌍둥이를 제약하기 위해 $A_4$-모듈러 대칭과 $U(1)_R$ 게이지 대칭을 사용하여 중성미온 질량을 위한 플레처 모형을 구축한다.
• 특히 중성미온 부문에서 모듈러 대칭 하에 역세우기 메커니즘의 현상학적 의미를 탐구한다.
• 디라크 CP 위상, 중성미온 질량 합, 그리고 효과적 메이저나 중성미온 질량 $m_{ee}$와 같은 핵심 관측 가능량을 예측한다.
• 이 모형에서 테브 수준의 페시도디르락 중성미온의 렙톤 페어링 위반과 충돌기 서명을 검토한다.

제안 방법

• 이상 현상과 불필요한 Yukawa 항을 방지하기 위해 오른쪽 수반 페르미온 전용 $U(1)_R$ 게이지 대칭을 도입한다.
• 좌우 수반 비열성 중성미온 $S_L$ 와 $N_R$ 에 $A_4$ 삼중표현을 할당하고, Yukawa 쌍둥이를 질량 2의 모듈러 형식으로 표현한다.
• $A_4$ 삼중표현으로 변환되는 모듈러 형식 $y_1, y_2, y_3$ 를 사용하여 제약된 중성미온 질량 행렬을 구성한다.
• $S_L$, $N_R$, 그리고 $U(1)_R$ 전하를 가진 단일 스칼라 $ varphi$ 를 포함하는 세우기 행렬을 통해 역세우기 메커니즘을 구현한다.
• 중성미온 진동 데이터와 일치하는 영역을 찾기 위해 모델 매개변수에 대한 수치적 스캔을 수행한다.
• 디라크 CP 위상, 중성미온 질량 합, $m_{ee}$, 그리고 무거운 중성미온 질량 계층에 대한 예측을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $A_4$-모듈러 대칭이 $U(1)_R$ 대칭이 있는 역세우기 모형에서 Yukawa 쌍둥이의 구조를 어떻게 제약하는가?
• RQ2 이 모형은 디라크 CP 위상과 중성미온 질량 합에 대해 어떤 예측을 하는가?
• RQ3 이 모형이 예측하는 무거운 페시도디르락 중성미온 간의 질량 계층은 어떠한가?
• RQ4 레프톤 페어링 위반 과정인 $\mu \to e\gamma$ 는 모델 매개변수에 어떻게 의존하는가?
• RQ5 이 틀에서 테브 수준의 페시도디르락 중성미온의 충돌기 서명은 어떠한가?

주요 결과

• 정상 순서(NO)에서는 $M_1 \ll M_2 \sim M_3$ 이고, 역순서(IO)에서는 $M_1 < M_2 \lesssim M_3$ 인 계층적인 질량 스펙트럼을 예측한다.
• 수치적 스캔 결과, 정상 순서(NO)에서는 디라크 CP 위상 약 $50^\circ$, 역순서(IO)에서는 약 $300^\circ$ 로 예측된다.
• 정상 순서(NO)에서는 중성미온 질량 합이 $0.06 \lesssim \sum m \lesssim 0.07$ eV로 제약되고, 역순서(IO)에서는 $0.101 \lesssim \sum m \lesssim 0.106$ eV로 제약된다.
• 효과적 메이저나 중성미온 질량 $m_{ee}$ 는 정상 순서(NO)에서 $0.0045 \lesssim \langle m_{ee} \rangle \lesssim 0.01$ eV, 역순서(IO)에서는 $0.042 \lesssim \langle m_{ee} \rangle \lesssim 0.046$ eV로 예측된다.
• 레프톤 페어링 위반 과정인 $\mu \to e\gamma$ 는 억제되지만 향후 실험에서 검증 가능할 수 있다.
• 이 모형에서 테브 수준의 페시도디르락 중성미온은 향후 충돌기 실험에서 그 붕괴 서명을 통해 탐지 가능할 수 있다.