[論文レビュー] Common Origin for CP Violation in Cosmology and in Neutrino Oscillations

K. S. Babu, Yanzhi Meng+1 more|ArXiv.org|Dec 23, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、2つの準縮退した右手型ニュートリノを有するMSSMにおける統一的な枠組みを提案し、初期宇宙におけるレプトゲネシスとニュートリノ振動におけるCP対称性の破れを1つのCP対称性の破れ位相が支配する。テクスチャ固有のヤコビ行列を用いることで、ニュートリノ混合角とCP位相の相関が予測され、宇宙論的制約によりCP位相|δ|が制限され、tanβ > 12の条件下で共鳴レプトゲネシスによりTeVスケールの右手型ニュートリノ質量が実現可能となるため、グレイビトロニ問題を回避する。

ABSTRACT

We suggest predictive scenarios for neutrino masses which provide a common origin for CP violation in early universe cosmology and in neutrino oscillations. Our setup is the seesaw mechanism in the context of MSSM with two quasi-degenerate right-handed neutrinos, with baryon asymmetry generated via resonant leptogenesis. Three different models are found with specific textures in the Yukawa coupling matrices, each with a single phase which controls leptogenesis and neutrino CP violation. One model leads to normal hierarchy of light neutrino masses and the prediction tan theta_13 = sin theta_12 \sqrt{m_2/m_3}, resulting in a value of the reactor mixing angle theta_13 very close to the current experimental lower limit. The other two models predict inverted hierarchical neutrino mass spectrum with the sum rules sin^2 theta_12 = 1/2-tan theta_23 sin theta_ 13 cos delta and sin^2 theta_12 = 1/2+cot theta_23 sin theta_13 cos delta respectively. We obtain a lower bound for the phase |delta| in the normal hierarchical model, and a narrow range for |delta| for the inverted hierarchical model from cosmology. In our scenario, the mass-splitting between the quasi-degenerate right-handed neutrinos arise via renormalization group flow, which provides a lower limit on the MSSM parameter tan beta > 12. The right-handed neutrino masses can be as low as TeV, which would avoid the gravitino problem generic to supersymmetric models.

研究の動機と目的

• 超対称レプトゲネシスにおけるグレイビトロン過剰生成問題を解消するため、TeVスケールの右手型ニュートリノ質量を可能にする。
• ヤコビカップリング行列における1つの位相が、宇宙論的（レプトゲネシス）におけるCP対称性の破れとニュートリノ振動におけるCP対称性の破れの共通の起源を確立する。
• 宇宙論的および振動データを用いて、CP対称性の破れ位相δおよび反応炉混合角θ₁₃を制約する。
• 近似的に縮退した右手型ニュートリノと共鳴レプトゲネシスを実現する、妥当なニュートリノ質量テクスチャを特定し、混合角に関する明確な和則を予測する。

提案手法

• 2つの準縮退した右手型ニュートリノ（RHN）を有するMSSMにおいて共鳴レプトゲネシスを実装し、RHN質量がTeVスケールにまで低下可能であることを保証する。
• フレーバー対称性を用いて、ディラックヤコビカップリング行列を特定のテクスチャ（A, B₁, B₂）に制限し、それぞれが1つのCP対称性の破れ位相を持つようにする。
• 正規化群のフローを適用し、準縮退したRHN間の小さな質量スプリングを生成する。このスプリングはtanβ > 12に依存する。
• ボルツマン方程式と効率係数を用いて、RHN崩壊からのバリオン非対称性を計算し、ソフトなSUSY破れ項を考慮する。
• 逆順序階層モデルにおいて、sin²θ₁₂をθ₂₃、θ₁₃、δの関数として表す和則を導出する。
• グローバルなニュートリノ振動フィットデータ（2σ範囲）を用いてモデルパラメータを制約し、通常階層系におけるθ₁₃を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヤコビカップリング行列における1つのCP対称性の破れ位相が、同時にニュートリノ振動におけるCP対称性の破れとレプトゲネシスによるバリオン非対称性を説明できるか？
• RQ2 準縮退した右手型ニュートリノを実現し、共鳴レプトゲネシスを可能にするディラックヤコビカップリング行列の妥当なテクスチャは何か？
• RQ3 正規化群のフローによるRHN質量スプリングの小さな値を要求する条件が、MSSMパラメータtanβをどのように制約するか？
• RQ4 通常階層および逆順序階層の両モデルにおいて、宇宙論的データから得られるCP対称性の破れ位相δの制限は何か？
• RQ5 この統一的枠組みにおいて、反応炉混合角θ₁₃は高精度で予測可能か？

主な発見

• 通常階層モデルでは、特定の関係式 tanθ₁₃ ≈ sinθ₁₂√(m₂/m₃) が得られ、θ₁₃が現在の実験的下限に非常に近くなることが予測される。
• 2つの逆順序階層モデルでは、和則が導かれる：sin²θ₁₂ ≈ 1/2 − tanθ₂₃ sinθ₁₃ cosδ および sin²θ₁₂ ≈ 1/2 + cotθ₂₃ sinθ₁₃ cosδ。
• 通常階層モデルにおいて、宇宙論的制約からCP位相|δ|の下限が導かれる。
• 逆順序階層モデルでは、宇宙論的データによりCP位相|δ|が狭い範囲に制限される。
• RHN質量スプリングが正規化群のフローによって生成されるという要請から、tanβ > 12 の下限が得られる。
• スネーター崩壊からのバリオン非対称性は微小（フェルミオン的RHN寄与の≤10⁻²）であり、RHN崩壊がレプトゲネシスを支配することが確認される。