[論文レビュー] Leptogenesis in minimal predictive seesaw models

Fredrik Björkeroth, Francisco J. de Anda+2 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、2つの右手スピンニュートリノと1つのテクスチャー零を備えた最小限の予測可能な見かけのスクリュー模型を提案し、1つの位相を通じて低エネルギーにおけるCP対称性の破れと重粒子生成を結びつける。CSD(n)モデルにおいてn=3,4の場合、軽い右手スピンニュートリノ質量が約5×10¹⁰ GeVに予測され、SUSY GUTやδ_CP ≈ -87°の実験的兆候と整合的である。

ABSTRACT

We estimate the Baryon Asymmetry of the Universe (BAU) arising from leptogenesis within a class of minimal predictive seesaw models involving two right-handed neutrinos and simple Yukawa structures with one texture zero. The two right-handed neutrinos are dominantly responsible for the "atmospheric" and "solar" neutrino masses with Yukawa couplings to $(ν_e, ν_μ, ν_τ)$ proportional to $(0,1,1)$ and $(1,n,n-2)$, respectively, where $n$ is a positive integer. The neutrino Yukawa matrix is therefore characterised by two proportionality constants with their relative phase providing a leptogenesis-PMNS link, enabling the lightest right-handed neutrino mass to be determined from neutrino data and the observed BAU. We discuss an $SU(5)$ SUSY GUT example, where $A_4$ vacuum alignment provides the required Yukawa structures with $n=3$, while a $\mathbb{Z}_9$ symmetry fixes the relatives phase to be a ninth root of unity.

研究の動機と目的

• 2つの右手スピンニュートリノと1つのテクスチャー零を備えた最小限の見かけのスクリュー模型において、重粒子生成がどのように一貫して実現可能かを検討すること。
• 低エネルギーにおけるニュートリノ混合のCP対称性の破れと宇宙のバリオン非対称性（BAU）との直接的な関連を確立すること。
• CSD(n)フレームワーク内において、観測されたBAUとニュートリノデータから、最も軽い右手法スピンニュートリノ質量M₁を特定すること。
• A₄×SU(5)に基づく実現可能なSUSY GUTモデルを構築し、必要なヤクバイ構造を実現し、重粒子生成位相の自然な値を予測すること。

提案手法

• 2つの右手法スピンニュートリノを用いた見かけのスクリュー機構を用い、大気的および太陽的成分に対してそれぞれヤクバイカップリングが(0,1,1)および(1,n,n−2)に比例する。
• PMNS混合行列とニュートリノ質量は、ヤクバイカップリングの大きさa, bと相対位相η = arg(a²/b²)によって決定され、この位相は低エネルギーにおけるCP対称性の破れと重粒子生成の両方を制御する。
• フラバーを考慮した重粒子生成は、崩壊非対称性ϵ₁,μおよびϵ₁,τを用いて計算され、その比ϵ₁,μ/ϵ₁,τ = n/(n−2)であり、同一のウォッシュアウトパラメータη₁,μ = η₁,τを有する。
• バリオン非対称性Y_Bは、観測されたニュートリノ混合角および質量平方差を用いて計算され、M₁はY_B = (0.87±0.01)×10⁻¹⁰を満たすように制約される。
• A₄真空整列とℤ₉対称性を備えたSU(5) SUSY GUTモデルを構築し、CSD(3)構造をη = 2π/3で実現する。
• モデルはM₁ ≈ 5×10¹⁰ GeVおよびδ_CP ≈ -87°を予測し、現在の実験的兆候と整合的である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの右手法スピンニュートリノと1つのテクスチャー零を備えた最小限の見かけのスクリュー模型は、重粒子生成を通じて観測されたバリオン非対称性を効果的に生成できるか？
• RQ2 相対位相η = arg(a²/b²)は、低エネルギーにおけるCP対称性の破れと重粒子生成を結びつける役割を果たすか？
• RQ3 CSD(n)フレームワークにおいて、重粒子生成が成功するnの値は何か？また、それらのときの右手法スピンニュートリノ質量は予測されるか？
• RQ4 現実的なSUSY GUTモデルは、必要なヤクバイ構造を実現可能であり、重粒子生成位相の自然な値を予測できるか？
• RQ5 バリオン非対称性の符号とニュートリノ振動におけるCP対称性の破れ位相δ_CPとの間に相関があるか？

主な発見

• n=1（三重最大混合に対応）では重粒子生成に失敗する。これは崩壊率のキャンセルにより非対称性が消滅するためである。
• n≥3の場合、電子フレーバーはレプトン非対称性に寄与しないが、ミューオンとタウの非対称性の比はϵ₁,μ/ϵ₁,τ = n/(n−2)をとる。
• ミューオンとタウフレーバーのウォッシュアウトパラメータは等しい：η₁,μ = η₁,τであり、最終的なバリオン非対称性の計算が簡略化される。
• モデルはCSD(3)およびCSD(4)において、最も軽い右手法スピンニュートリノ質量M₁ ≈ 5×10¹⁰ GeVを予測し、観測されたBAUと整合的である。
• A₄×ℤ₉対称性を備えたSU(5) SUSY GUTモデルは、CSD(3)をη = 2π/3で自然に実現し、δ_CP ≈ -87°を予測する。これは現在の実験的兆候と一致する。
• バリオン非対称性の符号はCP対称性の破れの符号と相関する：正のY_Bはsinη > 0を意味し、これによりsinδ_CP < 0が導かれる。これは観測された傾向と一致する。