[論文レビュー] Can One have Significant Deviations from Leptonic $3 imes 3$ Unitarity in the Framework of Type I Seesaw Mechanism?

Nuno Rosa Agostinho, G.C. Branco+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、タイプIのシーイズ・メカニズムにおいて、TeVスケールの重いニュートリノを伴っても、リプトン混合行列（PMNS）の3×3ユニタリティからの顕著なずれが可能であることを示している。これは、従来の見解である「このようなずれは非常に重いスケールを必要とする」という考えに挑戦するものである。6×6ユニタリ混合行列を2つの3×3ユニタリ行列と、ユニタリティの破れを制御する行列Xでパラメータ化することで、著者らは現在の実験的制約を満たしつつも検出可能なずれが実現可能であることを示している。

ABSTRACT

We address the question of deviations from $3 imes 3$ unitarity of the leptonic mixing matrix showing that, contrary to conventional wisdom, one may have significant deviations from unitarity in the framework of type I seesaw mechanism. In order for this scenario to be feasible, at least one of the heavy neutrinos must have a mass at the TeV scale, while the other two may have much larger masses. We present specific examples where deviations from $3 imes 3$ unitarity are sufficiently small to conform to all the present stringent experimental bounds but are sufficiently large to have the potential for being detectable at the next round of experiments.

研究の動機と目的

• タイプIのシーイズ・メカニズムにおいて、PMNS行列の3×3ユニタリティからの顕著なずれが生じるかどうかを調査すること。
• リプトンフラバー違反およびニュートリノ質量に関する現在の実験的制約と整合するような条件を同定すること。
• きびしい制約のもとでも、今後の実験で検出可能かどうかを検討すること。
• 従来の常識、すなわち非常に重い右手型ニュートリノ（電弱スケールよりも数個桁以上重い）でなければ測定可能な非ユニタリティ効果が得られないという考えに挑戦すること。

提案手法

• 6×6ユニタリリプトン混合行列 𝒱 を2つの3×3ユニタリ行列と、3×3行列X（3×3ユニタリティからのずれを制御）でパラメータ化する。
• 完全な6×6行列のユニタリティを用いて独立パラメータ数を削減し、𝒱 を3つの3×3ブロックのみで表現する。
• このパラメータ化を、ディラック質量項とメジャノナ質量項を含む6×6ニュートリノ質量行列 𝒪M の対角化に適用する。
• 行列Xおよびその固有値を用いて、ユニタリティの破れの大きさを解析的に導出する。
• レア過程およびリプトンフラバー違反に関する実験的制約を課し、Xの大きさを制限する。
• 特定の質量構造を仮定した数値例を提示し、10⁻³から10⁻⁴オーダーのずれが実現可能かつ検出可能であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプIのシーイズ・メカニズムにおいて、現在の実験的制約を破らない範囲で、PMNS行列の3×3ユニタリティからの顕著なずれが生じ得るか？
• RQ2 観測可能な非ユニタリティ効果を生成するためには、重い右手型ニュートリノの質量スケールはどの程度必要か？
• RQ3 自然なニュートリノヤコビカップリングを保ちつつ、不自然に小さいカップリングを避ける形で、観測可能なずれを達成することは可能か？
• RQ4 最も軽い重いニュートリノの質量がTeV範囲にありえ、それでも依然として測定可能な非ユニタリティ効果をもたらすことは可能か？
• RQ5 ユニタリ行列と行列Xを用いた6×6混合行列のパラメータ化が、ユニタリティの破れの分析をどのように容易にするか？

主な発見

• タイプIのシーイズ・メカニズムにおいて、最も軽い重いニュートリノがTeVスケールであっても、PMNS行列の3×3ユニタリティからの顕著なずれが生じ得る。
• 10⁻³から10⁻⁴オーダーのユニタリティ破れ行列Xのずれは、レア過程およびリプトンフラバー違反に関する現在の実験的制約と整合する。
• 数値例により、このようなずれが、トリチウムベータ崩壊の制約を含む観測されたニュートリノ質量および混合角とも両立可能であることが示された。
• 分析から、行列Xの要素が約10⁻²まで大きいことが判明し、軽いニュートリノと重いニュートリノの間の非自明な混合が示唆された。
• 最も軽い重いニュートリノの質量は約1 TeVまで低下させられ、依然として検出可能な非ユニタリティを生成可能であり、これは「非常に重いスケールでなければならぬ」という仮定に挑戦する。
• このフレームワークは、将来的な実験（例えば、レアリプトン崩壊やノンバーチャル二重ベータ崩壊を調べる実験）で観測可能な効果を許容しており、不自然に小さいヤコビカップリングを必要としない。