[論文レビュー] Bridges of Low Energy observables with Leptogenesis in mu-tau Reflection Symmetry

Y. H. Ahn, Sin Kyu Kang+2 more|ArXiv.org|Nov 10, 2008

Fractal and DNA sequence analysis被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、GUTスケールからシーイズスケールへの正規化群（RG）発展が、$\mu$-$\tau$ 反射対称性を破り、重いメジャナネーター中性子における微小な質量スプリングとCP位相の変動を生成することを提案する。これらのRG誘発効果により、共鳴的 $e$-リプトゲネシスが可能となり、低エネルギーにおけるCP違反（ニュートリノ振とうで測定可能）が、バリオン非対称性生成と直接的に結びつく。将来のコライダーによる $\tan\beta$ 測定によって検証可能な予測が得られる。この機構は、観測可能なバリオン非対称性 $\eta_B$ を生成するとともに、最大でない $\theta_{23}$ と $\delta_{\rm CP} = \pi/2$ からの微小なずれを維持する。主な結果は、ニュートリノ振とうにおける観測可能なCP違反と物質-反物質非対称性の起源との直接的な橋渡しを実現することである。

ABSTRACT

We consider an exact mu-tau reflection symmetry in neutrino sectorrealized at the GUT scale in the context of the seesaw model with and without supersymmetry. Assuming the two lighter heavy Majorana neutrinos are degenerate at the GUT scale, it is shown that the renormalization group (RG) evolution from the GUT scale to the seesaw scale gives rise to breaking of the mu-tau symmetry and a tiny splitting between two degenerate heavy Majorana neutrino masses as well as small variations of the CP phases in Y_nu, which are essential to achieve a successful leptogenesis. Such small RG effects lead to tiny deviations of theta_{23} from the maximal value and the CP phase delta_{CP} from pi/2 imposed at the GUT scale due to mu-tau reflection symmetry. In our scenario, the required amount of the baryon asymmetry eta_B can be generated via so-called resonant e-leptogenesis, in which the wash-out factor concerned with electron flavor plays a crucial role in reproducing a successful leptogenesis. We show that CP violation responsible for the generation of baryon asymmetry of our universe can be directly linked with CP violation measurable through neutrino oscillation as well as neutrino mixing angles theta_{12} and theta_{13}. We expect that, in addition to the reactor and long baseline neutrino experiments, the measurements for the supersymmetric parameter tan{beta} at future collider experiments would serve as an indirect test of our scenario of baryogenesis based on the mu-tau reflection symmetry.

研究の動機と目的

• GUTスケールにおける $\mu$-$\tau$ 反射対称性が、RG誘発対称性破れを通じて成功裏にリプトゲネシスを引き起こすかどうかを検討すること。
• 重いメジャナネーター中性子の質量とCP位相に対する小さなRG補正が、バリオゲネシスに十分なCP違反を生成する仕組みを調査すること。
• 低エネルギーにおけるニュートリノ振とうのCP違反（$\theta_{13}$ と $J_{\rm CP}$ で測定可能）と宇宙のバリオン非対称性との直接的リンクを確立すること。
• $\mu$-$\tau$ 対称なシーイズモデルにおける共鳴的リプトゲネシスにおける電子フラバー消去の役割を検討すること。
• 将来のコライダーによる $\tan\beta$ 測定が、このリプトゲネシス機構の間接的検証に役立つ可能性を提言すること。

提案手法

• GUTスケールで正確な $\mu$-$\tau$ 反射対称性を仮定し、最も軽い2つの重いメジャナネーター中性子が degenerate であることを前提とする。
• GUTスケールからシーイズスケールへの正規化群方程式（RGE）を適用し、Yukawa結合、メジャナネーター質量、CP位相に対する補正を計算する。
• RGEを用いて、ディラックYukawa行列 $\widetilde{Y}_\nu$ に対する放射補正を導出し、特に $\widetilde{H}_{12} = \widetilde{Y}_\nu \widetilde{Y}_\nu^\dagger$ を得る。この量が $\mu$-$\tau$ 対称性を破る。
• 最も軽い重いメジャナネーター中性子の崩壊におけるCP非対称性を計算し、共鳴的リプトゲネシスを可能にする電子フラバーの崩壊モードに注目する。
• RG補正パラメータ $\epsilon$ が $y_\tau^2$ と $\tan\beta$ に依存する関係を導出し、特に超対称標準模型（SSM）において効果が強化されることを示す。
• 虚数部 $\operatorname{Im}(\widetilde{H}_{12})$ を、低エネルギーCP不変量 $J_{\rm CP}$ や $\theta_{13}$ と関連づけ、観測可能なCP違反とバリオゲネシスとの直接的リンクを確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GUTスケールからシーイズスケールへのRG発展が、$\mu$-$\tau$ 反射対称性を十分に破り、成功裏にリプトゲネシスを生成できるか。
• RQ2 重いメジャナネーター中性子の質量とCP位相に対する小さなRG誘発スプリングが、共鳴的 $e$-リプトゲネシスにおけるリーマン非対称性にどのように影響するか。
• RQ3 $\mu$-$\tau$ 対称なシーイズモデルにおいて、RG補正を通じて低エネルギーCP違反パラメータ（$\theta_{13}$、$J_{\rm CP}$）とバリオン非対称性との関係をどの程度まで結びつけられるか。
• RQ4 なぜこの状況において電子フラバー消去が、成功裏なバリオゲネシスを達成するために不可欠なのか。
• RQ5 将来のコライダーによる $\tan\beta$ 測定が、このリプトゲネシス機構の間接的検証に役立つだろうか。

主な発見

• GUTスケールからのRG発展により、デジェネレートな2つの重いメジャナネーター中性子間に微小なスプリングが生じ、共鳴的リプトゲネシスが可能になる。
• 放射的に生成された $\widetilde{H}_{12}$ の虚数部は $\sin\Delta\phi_{12}$ に比例し、これは $\mu$-$\tau$ 対称性によって固定され、低エネルギーCP違反と関連づけられる。
• 共鳴効果のおかげで、電子フラバーチャンネルにおけるCP非対称性が強化され、微小なCP違反でも成功裏にバリオゲネシスが達成可能になる。
• モデルは、最大でない $\theta_{23}$ と $\delta_{\rm CP} = \pi/2$ からの微小なずれを予測しており、現在の実験的制約と整合的である。
• RG補正の大きさ $\epsilon$ は、標準模型（SM）では $y_\tau^2$ に比例し、SSMでは $y_\tau^2(1 + \tan^2\beta)$ に比例するため、$\tan\beta$ が重要な間接的プローブとなる。
• 全レプトン非対称性は共鳴的に増幅され、電子フラバー非対称性が支配的となり、十分なバリオン非対称性 $\eta_B$ が生成されることを保証する。