[論文レビュー] Minimal Seesaw Model with a Discrete Heavy-Neutrino Exchange Symmetry

T. Rink, Kai Schmitz+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2016

Neutrino Physics Research参考文献 22被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、Yukawa相互作用における離散的 $N_1 \leftrightarrow iN_2$ 対称性と質量項における $N_1 \leftrightarrow N_2$ 対称性によって強制される、2つの右手型ニュートリノ（$N_1$, $N_2$）からなる擬ディラック状態を形成する最小限のタイプ-I seesawモデルを提案する。Froggatt-Nielsen電荷を用いて、このモデルはフレーバー整合性とYukawa行列の二重ゼロ構造を実現し、正常なニュートリノ質量階層、ほぼ最大の $CP$ 違反位相（$ olinebreak elax\delta \simeq 3/2\pi$）、および共鳴的レプトゲネシスを予測する。これらは、独立パラメータが3つしかないUV完全で極めて予測可能なフレームワーク内に収まる。

ABSTRACT

We present a Froggatt-Nielsen flavor model that yields a minimal realization of the type-I seesaw mechanism. This seesaw model is minimal for three reasons: (i) It features only two rather than three right-handed sterile neutrinos: N_1 and N_2, which form a pair of pseudo-Dirac neutrinos; (ii) the neutrino Yukawa matrix exhibits flavor alignment, i.e., modulo small perturbations, it contains only three independent parameters; and (iii) the N_1,2 coupling to the electron flavor is parametrically suppressed compared to the muon and tau flavors, i.e., the neutrino Yukawa matrix exhibits an approximate two-zero texture. Crucial ingredients of our model are (a) Froggatt-Nielsen flavor charges consistent with the charged-lepton masses as well as (b) an approximate, discrete exchange symmetry that manifests itself as N_1 i N_2 in the heavy-neutrino Yukawa interactions and as N_1 N_2 in the heavy-neutrino mass terms. This model predicts a normal light-neutrino mass hierarchy, a close-to-maximal CP-violating phase in the lepton mixing matrix, δ~3/2π, as well as resonant leptogenesis in accord with arguments from naturalness, vacuum stability, perturbativity and lepton flavor violation.

研究の動機と目的

• パrameter空間を縮小したタイプ-I seesaw機構の最も最小限の実現を構築すること。
• Froggatt-Nielsenフレーバー電荷を用いて、ニュートリノYukawa行列におけるフレーバー整合性と二重ゼロ構造を達成すること。
• Yukawa結合における近似的な離散的対称性（$N_1 \leftrightarrow iN_2$）と質量項における $N_1 \leftrightarrow N_2$ 対称性を導入し、電子フレーバー結合を抑制すること。
• 正常な軽いニュートリノ質量階層と、自然性およびレプトゲネシスと整合する近似的に最大の $CP$ 違反位相（$\delta \simeq 3/2\pi$）を予測すること。
• 真空安定性、摂動性、レプトンフレーバー不変破れ制約を満たすUV完全で予測可能なフレームワークを提供すること。

提案手法

• 2つの右手型ニュートリノを有する最小限のseesawラグランジアンを、電荷の階層を説明するFroggatt-Nielsen $U(1)_{\rm FN}$ フレーバー対称性に埋め込む。
• フェルミオンおよびフラバーフィールド $\Phi$ に特定のFroggatt-Nielsen電荷を割り当て、階層的なYukawa結合を生成する。
• Yukawa相互作用における近似的な離散的対称性 $N_1 \leftrightarrow iN_2$ と質量項における $N_1 \leftrightarrow N_2$ 対称性を導入し、二重ゼロ構造を強制し、$N_2$ の電子フレーバー結合を抑制する。
• seesaw公式を用いて、再スケーリングされたYukawa結合から軽いニュートリノ質量とPMNS混合行列を計算する。
• 入力となるニュートリノ振動データを用いた数値解析により、Dirac $CP$ 位相 $\delta$ とマヨラナ位相を予測する。
• seesawラグランジアンを一次近似とみなし、小さな対称性破れ補正項が非ゼロの軽いニュートリノ質量を生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの右手型ニュートリノを有するタイプ-I seesawモデルは、観測されたニュートリノ振動データを再現しつつ、高い予測可能性を維持できるか？
• RQ2 Yukawa行列における二重ゼロ構造は、フレーバー対称性および抑制機構を用いて自然に実現可能か？
• RQ3 近似的な離散的対称性（$N_1 \leftrightarrow iN_2$）は、電子フレーバー結合の抑制とフレーバー整合性の強制にどのような役割を果たすか？
• RQ4 この最小限のモデルは、正常なニュートリノ質量階層と、ほぼ最大の $CP$ 違反位相（$\delta \simeq 3/2\pi$）を予測するか？
• RQ5 このモデルは、真空安定性、摂動性、レプトンフレーバー不変破れ制約を満たしつつ、共鳴的レプトゲネシスを実現できるか？

主な発見

• モデルは、現在のニュートリノ振動データおよび理論的自然性と整合する正常な軽いニュートリノ質量階層を予測する。
• Dirac $CP$ 違反位相は、フレーバー整合構造と離散的対称性に起因し、ほぼ最大に近い値 $\delta \simeq 3/2\pi$ になると予測される。
• ニュートリノYukawa行列は、電子フレーバー結合がミューオンおよびタウフレーバーに比べて抑制された近似的な二重ゼロ構造を示す。
• 擬ディラック状態 $N_1$ と $N_2$ 間の質量階層的スプリングにより、共鳴的レプトゲネシスが実現され、$B-L$ 非対称性生成が効率的に行われる。
• 独立パラメータ数が少ないにもかかわらず、モデルはUV完全であり、真空安定性、摂動性、レプトンフレーバー不変破れ制約を満たしている。
• 一次近似ラグランジアンに対する小さな対称性破れ補正項が非ゼロの軽いニュートリノ質量を生成し、PMNS行列は再スケーリングされたYukawa結合によって決定される。