[論文レビュー] Scale invariant radiative neutrino mass model

Daijiro Suematsu|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2026

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ひとこと要約

論文は、カスタディアル対称性を有するスケール不変のスコトノジックモデルを提示。惰性二重項と右反ニュートリノ質量はコリマン-ウェイン機構による単一スカラーから生じ、軽いダークマター候補と共鳴性レプトジェネシスをもたらす。

ABSTRACT

We propose a scale invariant radiative neutrino mass model with custodial symmetry. Masses of an inert doublet scalar and right-handed neutrinos are induced by a vacuum expectation value (VEV) of a singlet scalar caused through the Coleman-Weinberg mechanism. It violates spontaneously both the custodial symmetry and the scale invariance. The weak scale can take a suppressed value compared with the singlet scalar VEV because of the custodial symmetry. In this framework we study phenomenological consequences for neutrino mass, dark matter and baryon number asymmetry. Since the required dark matter abundance cannot be explained by a neutral component of the inert doublet scalar, the lightest right-handed neutrino should be dark matter. Mass of the dark matter is predicted to be less than $O(1)$ MeV and baryon number asymmetry could be explained through resonant leptogenesis.

研究の動機と目的

• 尺度間の高次中間スケールから弱スケールを誘導するために、カスタディアル対称性を備えたスケール不変フレームワークを説明する。
• 惰性二重項と右反ニュートリノ質量が単一のスカラー特性 VEV から生じる方法を示し、得られた現象論を研究する。
• この設定におけるニュートリノ質量生成、ダークマターの適合性、及びレプトジェネシスによるバリオン過剰を調査する。
• ニュートリノ振動データとの整合性を示し、DM候補と質量範囲を特定する。

提案手法

• スコトノジックモデルを2つの実数の単一光学スカラーを追加して拡張し、Z2、古典的スケール不変性、及び SO(5) カスタディアル対称性を課す。
• カスタディアル制約を反映する形でスカラーポテンシャルを再表現し、スケール不変な背景で質量固有値を分析する。
• Coleman-Weinberg 機構を用いて singlet フィールドの非ゼロ VEV を生成し、ηとN_jの質量を誘導する。
• 1ループ有効ポテンシャル V_eff を計算し、標準的スコトノジックポテンシャルへのマッチング条件を導出する。
• Planckスケール境界条件でスカラー結合をRG方程式で解き、弱スケールを抑制された状態で実現する（v_H << v_φ）。
• ηとN_jによる1ループ図によるニュートリノ質量生成を評価し、振動データに適合させるために tribimaximal に類似した Yukawa 構造を適用する。
• N1をDMとして焦点を当てたダークマター候補を評価し、フリーズイン生成とレプトジェネシスを論じる。
• ほぼ縮退した N2 と N3 の質量による共鳴レプトジェネシスの条件を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カスタディアル SO(5) 対称性と古典的スケール不変性を組み合わせると、より高い中間スケールから電弱スケールを生成できるか。
• RQ2 このスケール不変フレームワークでη対N_jのどちらがダークマターとして機能しうるか、許容される質量範囲はどれか。
• RQ3 このモデルの放射的機構でニュートリノ質量がどのように生じ、振動データに適合できるか。
• RQ4 質量の縮退と結合に基づく共鳴レプトジェネシスによりバリオン過剰を説明できるか。

主な発見

• モデルは、singlet の VEV v_φ ≈ 7.9 TeV を介してカスタディアル対称性の放射的破れを通じて弱スケール v_H を抑制的に得る。
• 最も軽い右反ニュートリノ N1 はダークマター候補であり、 relic density を満たすために質量が O(MeV) 領域の上限がある。
• N2とN3 はほぼ縮退可能で、共鳴レプトジェネシスを介してバリオン過剰を説明できる。
• ニュートリノ質量は η と N_j による1ループで生成され、m_ν はカスタディアル対称性を小さく破るパラメータ tilde{λ}_5 および Yukawa結合 h_{αj} によって制御される。
• ベンチマークでは、モデルは m_h ≈ 137 GeV、v_H ≈ 242 GeV、m_{hφ} ≈ 77 GeV、m_η ≈ 1484 GeV、M_{2,3} ≈ 1502 GeV、m_S ≈ 2322 GeV、そして小さなヒッグス-ディラトン混合角 tanθ ≈ 0.04 を与える。
• レリック密度とボルツマン方程式の解析は、N1 のフリーズイン生成を有利にして Ω_N1 h^2 = 0.12 を M1 ≲ 45 GeV 制約内で達成する。モデルの結合を考慮。