[논문 리뷰] Modular $A_4$ symmetric inverse seesaw model with $SU(2)_L$ multiplet fields

Takaaki Nomura, Hiroshi Okada|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 $A_4$ 대칭을 갖는 모듈러 역세이프 모형을 제안하며, $SU(2)_L$ 4중항 및 7중항 페르미온이 $A_4$ 삼중항으로 변환되며, 모듈러 형식 $ au$ 가 양성자 결합 상수를 결정한다. 이 모형은 여러 자유 매개변수에도 불구하고, 특히 끈 이론에 의해 동기화된 $ au$ 의 고정점 근처에서 중성미온 관측량—CP 위상, 중성미온 질량 합, 무중성미온 이중베타 붕괴의 효과적 메이저라 마스 등—을 특정하게 예측한다.

ABSTRACT

We propose an inverse seesaw model with large $SU(2)_L$ multiplets applying modular $A_4$ symmetry where $SU(2)_L$ quartet and septet fermions are introduced as triplets under the symmetry. The neutral components of the quartet contribute to mass matrix for inverse seesaw mechanism and interactions involving the septet induce Majorana mass terms of these extra fermions. Although there are several free parameters in the mass matrix we can obtain some predictions for observables in neutrino sector such as CP phases, sum of neutrino mass and effective mass for neutrinoless double beta decay, especially around fixed points of modulus motivated by string theories.

연구 동기 및 목표

• 모듈러 $A_4$ 대칭과 큰 $SU(2)_L$ 다중항을 사용하여 표준모형을 초월한 중성미온 질량 모형을 구축하기.
• 모듈러 형식 $ au$ 가 중성미온 질량 행렬의 풍미 구조를 어떻게 제어하는지 탐구하기.
• CP 위상, 중성미온 질량 합, 무중성미온 이중베타 붕괴의 효과적 질량 등 중성미온 관측량에 대한 예측적 제약 조건 유도하기.
• $SU(2)_L$ 4중항 페르미온의 콜라이더 서명과 중성미온 영역 매개변수 간의 상관관계 분석하기.
• 특히 $ au$ 의 고정점 근처의 매개변수 공간 영역을 식별하여 중성미온 현상물리학에서의 예측 가능한 패턴 도출하기.

제안 방법

• $SU(2)_L$ 4중항 및 7중항 페르미온을 $A_4$ 삼중항으로 설정하며, 중성 성분이 역세이프 질량 행렬에 기여한다.
• 양성자 결합 상수에 모듈러 무게를 할당하여, 그 $A_4$ 변환 성질과 중도형식(중도형식의 무게 2, 디디크 에타 함수 기반)이 풍미 구조를 결정하도록 한다.
• 역세이프 메커니즘을 통해 중성미온 질량 행렬을 구성하며, 오른쪽 수동 메이저라 질량은 $SU(2)_L$ 7중항 상호작용에 의해 생성된다.
• 중성미온 진동 데이터에 적합하기 위해 $ au$ 와 자유 매개변수에 대한 수치적 스캔을 수행하며, 고정점 $ au = i\infty$, $ au = i$, $ au = \omega = e^{2\pi i/3}$ 에 집중한다.
• LHC에서 $pp \to \psi^{-}\psi^{+}$ 의 생성 단면적을 추정하기 위해 CalcHEP를 사용한다. $ ho$ 는 $SU(2)_L$ 4중항 페르미온이다.
• 질량 행렬 $M$ 을 대각화한 혼합 행렬을 사용하여 $ ho_1^{-} \to \ell^+ \phi_5^{--}$ 의 분해비율을 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모듈러 $A_4$ 대칭과 $SU(2)_L$ 다중항을 통해 중성미온 질량에 대한 예측 가능한 역세이프 모형을 생성할 수 있는가?
• RQ2 무중성미온 이중베타 붕괴의 CP 위상, 질량 합, 효과적 메이저라 질량에 대한 현상물리적 예측은 무엇인가?
• RQ3 예측은 특히 끈 이론에 의해 동기화된 고정점 근처에서 $ au$ 의 값에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 $SU(2)_L$ 4중항 페르미온의 콜라이더 서명은 무엇이며, 중성미온 영역 매개변수와 어떻게 상관되는가?
• RQ5 이 모형은 현재의 중성미온 진동 데이터를 재현할 수 있을 뿐 아니라 질량 계단 구조와 분해비율 패턴을 특정하게 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 이 모형은 특히 $ au$ 의 고정점 근처에서 CP 위상, 중성미온 질량 합, 무중성미온 이중베타 붕괴의 효과적 메이저라 질량에 대해 특정 영역을 예측한다.
• $ au = i\infty$ 고정점에서, $SU(2)_L$ 4중항 페르미온 세 세대의 질량은 더 가벼우며 계단형 패턴을 보인다.
• $ au = i$ 에서 질량 계단 구조는 유지되지만 $ ho_1^{-} \to \mu^+ \phi_5^{--}$ 의 분해비율이 지배적이다. 반면 $ au = \omega$ 에서는 모든 렙톤 최종 상태의 분해비율이 유사하다.
• 벤치마크 포인트 I ($ au = i\infty$) 는 $W^+W^+W^-W^-$ 와 함께 $e^+e^-$ 와 $ au^+\tau^-$ 최종 상태가 지배적임을 예측한다.
• 벤치마크 포인트 II ($ au = i$) 는 주로 $ ho_1^{-} \to \mu^+ \mu^-$ 최종 상태를 예측하며, LHC에서 $W^+W^+W^-W^-\mu^+\mu^-$ 신호가 뚜렷하게 나타난다.
• 벤치마크 포인트 III ($ au = \omega$) 는 모든 충전 렙톤 모드에서 유사한 분해비율을 얻으며, 다양한 $W^+W^+W^-W^-\ell^+\ell^{\prime-}$ 신호를 유도한다.