[논문 리뷰] Lepton Flavor Violation and Its Constraints on the Neutrino Mass Models

Xiao-Jun Bi, Yuan-Ben Dai|arXiv (Cornell University)|2001. 12. 05.

Neutrino Physics Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 '비대칭' 전하 렙톤 질량 행렬을 가진 초대칭 시-소 모델에서 렙톤 부류 위반을 조사하며, 실험적으로 $\mu \to e\gamma$ 과정이 강하게 제약을 받음을 보여준다. 연구는 2-3 및 1-3 요소에서 비대칭성을 가진 새로운 질량 행렬 구조를 제안하여, 자연스럽게 작은 $Br(\mu \to e\gamma)$ 를 도출하고 태양 중성자율 진동의 LMA 해법을 지지한다.

ABSTRACT

The tiny neutrino masses measured in the neutrino oscillation experiments can be naturally explained by the supersymmetric see-saw mechanism. If the supersymmetry breaking is mediated by gravity, the see-saw models may predict observable lepton flavor violating effects. In this work, we investigate the lepton flavor violating process $\mu o e\gamma$ in the kind of neutrino mass models based on the idea of the ``lopsided'' form of the charged lepton mass matrix. The constraints set by the muon anomalous magnetic moment are taken into account. We find the present models generally predict a much larger branching ratio of $\mu o e\gamma$ than the experimental limit. Conversely, this process may give strong constraint on the lepton flavor structure. Following this constraint we then find a new kind of the charged lepton mass matrix. The feature of the structure is that both the elements between the 2-3 and 1-3 generations are ``lopsided''. This structure produces a very small 1-3 mixing and a large 1-2 mixing in the charged lepton sector, which naturally leads to small $Br(\mu o e\gamma)$ and the LMA solution for the solar neutrino problem.

연구 동기 및 목표

• 중력에 의해 매개되는 슈퍼대칭 붕괴를 가진 초대칭 시-소 모델에서 렙톤 부류 위반의 영향을 검토하기 위해.
• 모수의 타당성을 평가하기 위해 뮤온 비정상 자기모멘트에서 유도된 제약 조건을 고려하기 위해.
• LMA 해법을 태양 중성자율 진동에 맞추면서 $\mu \to e\gamma$ 붕괴를 억제하는 타당한 전하 렙톤 질량 행렬의 구조를 규명하기 위해.
• 작은 $Br(\mu \to e\gamma)$ 와 전하 렙톤 부문에서 큰 1-2 혼합을 동시에 설명할 수 있는 새로운 질량 행렬 형태를 유도하기 위해.

제안 방법

• 중력에 의해 매개되는 슈퍼대칭 붕괴를 가진 초대칭 시-소 모델에서 $\mu \to e\gamma$ 붕괴 진폭을 분석하기 위해.
• 모수의 제약 조건을 줄이기 위해 뮤온 비정상 자기모멘트에서 유도된 제약 조건을 적용하기 위해.
• 2-3 및 1-3 부문에서 비대칭성을 강조하는 전하 렙톤 질량 행렬의 '비대칭' 형태를 도입하기 위해.
• 이 새로운 구조 하에서 유도된 렙톤 혼합 패턴을 도출하고, $\mu \to e\gamma$ 붕괴의 분지비를 평가하기 위해.
• 예측된 $Br(\mu \to e\gamma)$ 를 현재의 실험 한계와 비교하여 타당성을 시험하기 위해.
• 모델의 현상학적 일관성을 검증하기 위해 태양 중성자율 진동의 LMA 해법을 기준으로 삼기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중력에 의해 매개되는 슈퍼대칭 붕괴와 비대칭 전하 렙톤 질량 행렬을 가진 초대칭 시-소 모델에서 $\mu \to e\gamma$ 붕괴에 대한 예측은 무엇인가?
• RQ2 뮤온 비정상 자기모멘트에서 유도된 제약 조건은 이러한 모델에서 렙톤 부류 위반 과정의 타당성에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ3 LMA 해법을 태양 중성자율 진동에 맞추면서 $\mu \to e\gamma$ 붕괴를 억제하는 새로운 전하 렙톤 질량 행렬의 구조를 만들 수 있는가?
• RQ4 전하 렙톤 질량 행렬의 2-3 및 1-3 부문에서 비대칭성을 가진 것은 렙톤 혼합 패턴에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 전하 렙톤 혼합과 중성자율 질량 생성 간의 상호작용은 $\mu \to e\gamma$ 붕괴의 분지비에 어떻게 영향을 주는가?

주요 결과

• 표준 비대칭 중성자율 질량 모델은 현재 실험 한계보다 훨씬 큰 $\mu \to e\gamma$ 분지비를 예측한다.
• 뮤온 비정상 자기모멘트에서 유도된 제약 조건은 이러한 모델의 타당한 모수 공간을 추가로 제한한다.
• 2-3 및 1-3 부문에서 비대칭 요소를 가진 새로운 전하 렙톤 질량 행렬의 구조를 제안한다.
• 이 새로운 구조는 전하 렙톤 부문에서 매우 작은 1-3 혼합과 큰 1-2 혼합을 생성한다.
• 결과적으로 모델은 자연스럽게 작은 $Br(\mu \to e\gamma)$ 를 도출하며, 실험적 한계와 일치한다.
• 모델은 同시에 태양 중성자율 진동의 LMA 해법을 지지하여 현상학적으로 타당한 프레임워크를 제공한다.