[論文レビュー] Sterile Neutrinos with Altered Dispersion Relations as an Explanation for the MiniBooNE, LSND, Gallium and Reactor Anomalies

Dominik Döring, Heinrich Päs+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2018

Neutrino Physics Research被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、ミニブーイン、LSND、ガリウム、および原子炉の異常を説明するために、3つのアクティブなニュートリノと3つのステイルニュートリノを含む、分散関係が修正されたステイルニュートリノフレームワークを提案する。ニュートリノのエネルギー運動量関係を変更することで、消失実験におけるnull結果と矛盾しない短基底長スケールの振動を強化する。

ABSTRACT

Recently the MiniBooNE Collaboration has reported an anomalous excess in muon to electron (anti-)neutrino oscillation data. Combined with long-standing results from the LSND experiment this amounts to a 6.1 sigma evidence for new physics beyond the Standard Model. In this paper we develop a framework with 3 active and 3 sterile neutrinos with altered dispersion relations that can explain these anomalies without being in conflict with the absence of anomalous neutrino disappearance in other neutrino oscillation experiments.

研究の動機と目的

• ミニブーイン、LSND、ガリウム、および原子炉実験で観測された継続的な短基底長スケールニュートリノ異常を説明すること。
• これらの異常と、他の振動実験における異常なニュートリノ消失の不在との間にある矛盾を解消すること。
• 分散関係が修正されたステイルニュートリノを含む、標準模型の妥当な拡張を構築すること。
• アクティブ-ステイル混合が過剰にならないようにすることで、宇宙論的および天体物理学的制約と整合性を保つこと。

提案手法

• 観測された異常を説明できるように、3つのアクティブなニュートリノと3つのステイルニュートリノを含む3+3ニュートリノ混合フレームワークを導入する。
• ステイルニュートリノのエネルギー運動量関係を変更する修正された分散関係を組み込むことで、その振動行動に影響を与える。
• 低エネルギー有効相互作用として、修正された分散関係を有効場理論的手法でモデル化する。
• ミニブーイン、LSND、ガリウム、および原子炉データのグローバルフィットを通じて、モデルパラメータを制約する。
• 長基底長および原子炉実験からの消失データと比較し、整合性を確認する。
• 修正された分散関係が、特に短基底長遷移に与える影響を振動確率の観点から分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散関係が修正されたステイルニュートリノモデルは、ミニブーインおよびLSNDの過剰を同時に説明できるか？
• RQ2 変更された分散関係は、短基底長実験における振動確率にどのように影響を与えるか？
• RQ3 このようなモデルが、ニュートリノ消失実験におけるnull結果とどの程度整合性を保てるか？
• RQ4 結合データによって許容されるステイルニュートリノ質量および混合角のパラメータ空間はどの範囲か？
• RQ5 追加の自由度を導入せずに、ガリウムおよび原子炉の異常をモデルが説明できるか？

主な発見

• ミニブーインおよびLSNDの異常は、組み合わせた際の6.1 sigmaの有意水準で、本モデルが成功裏に説明できる。
• 修正された分散関係により、短基底長実験における電子（反）ニュートリノの出現が強化されるが、消失率は上昇しない。
• 他の実験からの消失データと整合性を保ち、既存の制約と矛盾しない。
• 本モデルでは、eVスケールの範囲でステイルニュートリノ質量が許容され、以前の異常解釈と整合する。
• 有効混合パラメータが調整されており、ガリウムおよび原子炉実験での観測過剰と一致する振動確率が得られる。
• 分散関係の修正を組み込むことで、標準的なステイルニュートリノシナリオとは区別される動的メカニズムが得られる。