[논문 리뷰] Sneutrino Leptogenesis at the Electroweak Scale

John Ellis, Sin Kyu Kang|ArXiv.org|2005. 05. 18.

Neutrino Physics Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 비균형적인 왼쪽 스넬레프티온의 붕괴를 통해 전자약력 스케일에서의 렙토제네시스를 위한 새로운 메커니즘을 제안한다. 이는 비제로 메이저라 네트리노 질량을 가진 모델에서 소프트 초대칭 위반에 의해 유도되는 CP 위반 혼합에 의해 가능해진다. 이 시나리오는 관측된 우주의 양성자 비대칭을 설명할 수 있을 만큼 충분한 렙톤 비대칭을 생성하며, 예측된 CP 비대칭은 약 10⁻⁶–10⁻⁷ 수준이며, 충돌기에서 같은 전하의 딜레프톤 신호를 통해 관측 가능할 수 있다.

ABSTRACT

We propose an alternative mechanism for leptogenesis at the electroweak scale, through the decays of a left-handed sneutrino. This scenario may be realized in supersymmetric models with non-zero Majorana masses for the neutrino superfield that lead to mixing and mass splitting between the left-handed sneutrino and the corresponding antisneutrino. Soft supersymmetry breaking provides new sources of CP violation in sneutrino-antisneutrino mixing that can generate a lepton asymmetry in decays of the left-handed sneutrino. We show how the three Sakharov conditions for generating the observed baryon asymmetry of the Universe can be fulfilled in this restrictive framework.

연구 동기 및 목표

• 전자약력 스케일에서 기존 렙토제네시스의 고에너지 스케일을 피하면서도 우주의 양성자 비대칭을 생성하는 새로운 메커니즘을 제안하기 위해.
• 초대칭 모델에서의 소프트 초대칭 위반 항목이 스넬레프티온-반스넬레프티온 혼합에서 새로운 CP 위반의 원천이 될 수 있는지 탐색하기 위해.
• 이 낮은 스케일 프레임워크 내에서 세 가지 사크하로프 조건—양성자/렙톤 수 위반, C 및 CP 위반, 열적 평형에서의 이탈—이 모두 충족될 수 있음을 보여주기 위해.
• 이 메커니즘이 관측된 양성자 비대칭을 생성하는 데 실현 가능하며, 잠재적인 충돌기 서명을 식별하는 데 있어 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 모델은 뉴트리노 수반장에서 비제로 메이저라 질량으로 인해 질량 분리가 발생하는 왼쪽 스넬레프티온이 그 반입자와 혼합되는 것을 도입한다.
• 스넬레프티온-반스넬레프티온 혼합은 초대칭 위반에 의해 연결된 ΔL=2 상호작용에서 유도된 $\tilde{\nu}$-$\bar{\tilde{\nu}}$ 혼합 매개변수에 의해 이끌린다.
• CP 위반은 혼합 매개변수 $A_\nu$ 의 허수부에서 기인하며, 이는 소프트 초대칭 위반 항목을 통해 생성된다.
• 스넬레프티온 붕괴에서의 CP 비대칭 $\bar{\rho}$ 는 질량 분리 $\triangle m_{\tilde{\nu}}$, 붕괴 폭 $\tilde{\nu}$, 그리고 혼합 진폭의 허수부를 포함하는 공식을 사용하여 계산된다.
• 스넬레프티온 밀도와 렙톤 비대칭에 대한 볼츠만 방정식을 고려하며, 효율 인자 $\tilde{\rho}$ 는 순위 수준으로 추정된다.
• 최종적으로, 스필레론 재처리 요인과 평형 상태의 스넬레프티온 수확률을 사용하여 $n_B/s$ 에 대한 정량적 예측이 도출된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전자약력 스케일의 왼쪽 스넬레프티온이 관측된 우주의 양성자 비대칭을 설명할 수 있을 정도의 충분한 렙톤 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ2 소프트 초대칭 위반 항목이 스넬레프티온-반스넬레프티온 혼합에서 실현 가능한 CP 위반의 원천이 될 수 있는가?
• RQ3 낮은 에너지 초대칭 프레임워크 내에서 세 가지 사크하로프 조건—양성자/렙톤 수 위반, CP 위반, 열적 평형에서의 이탈—이 모두 충족될 수 있는가?
• RQ4 스넬레프티온-반스넬레프티온 쌍 붕괴에서 발생하는 동일 전하의 딜레프톤 사건을 중심으로 이 메커니즘의 충돌기 서명은 무엇인가?
• RQ5 차지닝오, 뉴트럴리노, 그리고 스넬레프티온이 매개하는 워시아웃 과정은 이 시나리오에서 최종 렙톤 비대칭에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모델은 왼쪽 스넬레프티온의 비균형 붕괴를 통해 전자약력 스케일 렙토제네시스를 실현하며, 필요한 CP 위반은 스넬레프티온-반스넬레프티온 혼합에서 소프트-SUSY 위반 항목에 의해 기인한다.
• CP 비대칭 $\bar{\rho}$ 는 약 $10^{-6}$ 에서 $10^{-7}$ 수준으로 추정되며, 이는 효율 인자 $\tilde{\rho}$ 가 순위 수준일 때 관측된 양성자 비대칭을 생성하는 데에 충분하다.
• 수치적 추정에서 $|\bar{\rho}| \times \tilde{\rho} \thicksim 10^{-6} - 10^{-7}$ 로 도출되었으며, 이는 관측된 $n_B/s \thicksim (3.4-6.9)\times 10^{-10}$ 와 일치한다.
• 질량 분리 $\triangle m_{\tilde{\nu}}$ 는 $A_N$, $B_N$, 그리고 $\tilde{\nu}$ 질량이 동일한 순서일 경우 약 $10^{-2}$ eV 수준으로 추정되며, 이는 상당한 혼합을 가능하게 한다.
• 이 시나리오는 스넬레프티온-반스넬레프티온 쌍 붕괴에서 발생하는 동일 전하의 딜레프톤 사건을 통해 잠재적인 충돌기 서명을 예측한다. 다만, CP 비대칭은 근시일 내로 관측하기에는 너무 작을 가능성이 있다.
• 차지닝오/뉴트럴리노 및 스넬레프티온 매개의 산란 확률이 볼츠만 억제로 인해 억제되어, 생성된 비대칭의 상당 부분이 생존할 수 있다.