[論文レビュー] Neutrino Democratic Masses, Mixing and Incoherence

Dmitry Zhuridov|arXiv (Cornell University)|Apr 17, 2013

Neutrino Physics Research参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、S₃置換に対して不変な「民主的」な質量行列を有する、三つの左巻きメイソンニュートリノの単純で対称なモデルを提案し、質量簡約と非一貫性効果によって大気中ニュートリノと太陽ニュートリノの振動を説明する。このモデルはニュートリノ質量スケーリングを{0.03 eV, 0.03 eV, 0.06 eV}と予測し、質量行列の固有ベクトルから自然に三重最大混合（tribimaximal mixing）が生じ、ニュートリノ無双重ベータ崩壊が強く抑制される。

ABSTRACT

It is shown that the well established and confirmed neutrino experimental results, such as atmospheric neutrino oscillations and solar neutrino deficit, can be easily explained for "democratic" left-handed Majorana neutrinos, taking into account the effect of incoherence. In this model the absolute values of the neutrino masses can be extracted from the atmospheric neutrino oscillation data, which gives the mass spectrum close to {0.03 eV, 0.03 eV, 0.06 eV}. The predictions of the considered model and its further testing are discussed.

研究の動機と目的

• 確認された大気中ニュートリノ振動と太陽ニュートリノ欠損を、追加パラメータを導入しない最小限で対称なニュートリノ質量モデルによって説明すること。
• S₃対称性に対して不変な民主的質量行列を提案することで、長年のニュートリノ質量のパズルを解明すること。
• 直接的質量測定および二重ベータ崩壊実験で検証可能な特定のニュートリノ質量スケーリングと混合パターンを予測すること。
• 振動ではなく非一貫性効果が太陽ニュートリノ欠損を説明することを主張し、特異な物理を導入する必要がないことを示すこと。
• 加速器および原子炉ニュートリノデータをこの単純で対称な枠組みで再分析し、ステアリングニュートリノを導入することなく実験と整合性を高めることを促すこと。

提案手法

• S₃置換に対して不変な対称的かつ非対角の「民主的」質量行列 M = m × [[0,1,1],[1,0,1],[1,1,0]] を導入する。
• M を対角化し、固有値 λ₁ = λ₂ = -m、λ₃ = 2m およびそれらに対応する固有ベクトルを得る。これら固有ベクトルは三重最大混合行列 U を形成する。
• 混合行列 U を用いてフレーバー状態から質量固有状態へ変換し、正順序のニュートリノ質量スケーリング {m, m, 2m} を得る。
• 太陽ニュートリノ欠損を説明するために非一貫性効果を適用し、地球の中を長距離を移動するニュートリノが位相の非一貫性を失うことを示す。
• 質量分裂に起因する運動量シフトを含めた標準的な公式を用いて振動確率を導出し、スーパーカミオカンデにおける物質効果を組み込む。
• 直接的ニュートリノ質量実験（例：KATRIN、Project8）およびニュートリノ無双重ベータ崩壊の予測を評価し、強い抑制が生じることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大気中および太陽ニュートリノ振動データは、追加パラメータを導入しない対称的・民主的メイソンニュートリノ質量行列によって説明可能か？
• RQ2 地球の物質中における太陽ニュートリノの非一貫性が観測された欠損に与える影響は何か？そして、振動ではなくこの非一貫性効果でデータを説明できるか？
• RQ3 このモデルが直接的ニュートリノ質量測定およびニュートリノ無双重ベータ崩壊実験に対して予測する具体的な予測は何か？
• RQ4 観測された原子炉および加速器ニュートリノの異常は、ステアリングニュートリノを導入しないこの単純で対称な枠組みで再解釈可能か？
• RQ5 予測された混合角および質量差は、T2K、MINOS、KamLANDからの現在の実験的制限とどのように一致するか？

主な発見

• モデルは大気中ニュートリノ振動データに基づき、ニュートリノ質量スケーリング {0.03 eV, 0.03 eV, 0.06 eV} を予測する。
• 混合行列は三重最大混合の形をとり、θ₁₂ = 45°、θ₂₃ ≈ 54.7°、θ₁₃ = 0° であり、民主的質量行列の固有ベクトルから自然に導かれる。
• 太陽ニュートリノ欠損は振動ではなく非一貫性効果によって説明され、スーパーカミオカンデにおけるe型およびμ型イベント分布の差は物質効果に起因する。
• ベータ崩壊における効果的電子ニュートリノ質量は ⟨mβ⟩ ≈ 0.04 eV であり、現在の実験的限界を大幅に下回り、次世代実験で測定可能である。
• ニュートリノ無双重ベータ崩壊は強く抑制され、⟨m⟩ = 0 であるため、トンスケール実験では観測不可能である。
• モデルは νμ → νe 振動の小さな振幅 A ≲ 0.14 を予測し、T2K および MINOS のデータと整合的であり、反応断面積の不確実性が原子炉実験における不一致を説明できる可能性を示唆する。