[論文レビュー] Neutrino masses, mixing, and leptogenesis in an S3 model

Arturo Álvarez Cruz, Myriam Mondragón|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、3つの右手型マヨラナニュートリノと3つのヒッグスダブルレットを備えたS3-3Hモデルにおいて、ニュートリノ質量、混合、およびレプトゲネシスを調査する。非-degenerateな右手型ニュートリノ質量を考慮した新しいPMNS行列のパrametrizationを導出し、成功したレプトゲネシスが、右手法型ニュートリノ質量が$10^6$ GeVにまで低くても、観測されたバリオン非対称性を生成できることを示している。これは、標準模型を越えたバリオン生成の妥当なメカニズムを提供する。

ABSTRACT

In this work we use previous results on the masses and mixing of neu- trinos of an S3 model with three right-handed Majorana neutrinos and three Higgs doublets, to reduce one parameter in the case when two of the right-handed neutrinos are mass degenerate. We derive a new param- eterization for the VP M N S mixing matrix, with a new set of parameters, in the more general case where the right-handed neutrino masses are dif- ferent. With these results, we calculate leptogenesis and the associated baryogenesis in the model in the two different scenarios. We show that it is possible to have enough leptogenesis to explain the baryonic asymmetry with right-handed neutrino masses above 10^{6} GeV.

研究の動機と目的

• 非-degenerateな右手法型マヨラナニュートリノ質量を含むS3-3Hモデルを拡張し、従来の質量デジェネラシーを仮定した研究から脱却すること。
• 最新のニュートリノ振動データに適合する、完全な非-degenerate質量スペクトルを組み込んだ新しいPMNS混合行列のパラメータライゼーションを導出すること。
• デジェネラシーおよび非-degenerateな右手法型ニュートリノ質量の両状況において、レプトゲネシスおよび関連するバリオン生成を計算すること。
• 宇宙の観測されたバリオン非対称性を生成できるパラメータ空間の有効領域を特定すること。

提案手法

• 3つのヒッグスダブルレットと3つの右手法型マヨラナニュートリノを備えたS3のフラバー対称性を用い、軽いニュートリノ質量のシー・スイッチ型モデルを構築すること。
• ディラック質量行列およびマヨラナ質量行列からの角度と位相を用いた新しいPMNS行列のパラメータライゼーションを導出。実験的ニュートリノ混合データからの制約を含む。
• 最新のニュートリノ振動データ（特に更新された反応炉角$\theta_{12}$の値を含む）への適合のための$χ^2$解析を実装すること。
• 右手法型ニュートリノ崩壊におけるCP非対称性を、公式$\epsilon \propto \text{Im}[\text{tr}(m_D^\dagger m_D M^{-1})]$を用いて計算。崩壊振幅の干渉を考慮。
• パラメータ空間の数値スキャンを実施し、レプトゲネシスによるバリオン非対称性を評価。質量および位相依存性に注目。
• デジェネラシーと非-degenerateな右手法型ニュートリノ質量の両ケースを比較し、レプトゲネシスのスケールと実現可能性に与える影響を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非-degenerateな右手法型ニュートリノ質量を持つS3-3Hモデルは、新しいPMNSパラメータライゼーションを用いて、観測されたニュートリノ混合角および質量を再現可能か？
• RQ2 非-degenerate状況下で、レプトゲネシス非対称性は右手法型ニュートリノの位相および質量比にどのように依存するか？
• RQ3 右手法型ニュートリノ質量が$10^{12}$ GeV未満であっても、特に非-degenerate状況において、十分なバリオン非対称性をレプトゲネシスが生成可能か？
• RQ4 デジェネラシーと非-degenerateな右手法型ニュートリノ質量の両状況において、成功したレプトゲネシスを実現できるパラメータ空間はどのように比較されるか？
• RQ5 共振的レプトゲネシスは、このモデルにおいて必要な右手法型ニュートリノ質量を低く抑える役割を果たすか？

主な発見

• 非-degenerateな右手法型ニュートリノ質量状況において、最新のニュートリノ振動データ（更新された$\theta_{12}$値を含む）に整合する新しいPMNS混合行列のパラメータライゼーションが導出された。
• レプトゲネシスによるバリオン非対称性はCP破れ位相に強く依存しており、デジェネラシー状況では$\delta = 3\pi/4$で最大非対称性が達成される。
• 非-degenerate状況では、$\mu_{2a} - \mu_{3a} = \pi/2 + n\pi$のとき非対称性が最大となり、これはニュートリノの絶対質量に依存しない。
• モデルは、右手法型ニュートリノ質量が$10^6$ GeVにまで低くても、十分なバリオン非対称性を生成可能であり、通常のシー・スイッチスケールよりも顕著に低い。
• 非-degenerate状況では、位相依存性および共鳴効果が強化されるため、成功したレプトゲネシスを実現できるパラメータ空間が、デジェネラシー状況よりも広がっている。
• 共振的レプトゲネシスは$M_1 - M_3 \simeq \frac{1}{2}\Gamma_{N_{1,3}}$のとき観測され、非対称性が増幅され、必要な質量スケールがさらに低くなる。