[論文レビュー] Variations on Supersymmetry Breaking and Neutrino Spectra

Francesca Borzumati, Koichi Hamaguchi+2 more|ArXiv.org|Dec 11, 2000

Neutrino Physics Research参考文献 21被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、電弱スケールとプランクスケールや中間スケールといった高エネルギー スケールとの間の超対称性の破れによる階層が、非ローレンツ的演算子や量子補正効果を通じて、従来の見せかけのスケール機構とは異なる代替手段として、小さなニュートリノ質量を自然に生成できることを提案している。具体的には、ソフトな超対称性の破れに起因する抑制因子、例えば $\mathcal{A}_Z/M_P$ やループ因子が、ニュートリノ質量を eV から meV の範囲に生成できることを示している。これは太陽ニュートリノ、大気ニュートリノ、LSND の振動データと整合している。

ABSTRACT

The problem of generating light neutrinos within supersymmetric models is discussed. It is shown that the hierarchy of scales induced by supersymmetry breaking can give rise to suppression factors of the correct order of magnitude to produce experimentally allowed neutrino spectra.

研究の動機と目的

• 従来の見せかけのスケール機構に依存しない、超対称モデルにおける軽いニュートリノ質量の生成メカニズムの代替を探索すること。
• 超対称性の破れによって誘導される電弱スケールと高エネルギー スケール（例えばプランクスケールや中間スケール）の階層が、ニュートリノ質量を自然に抑制する仕組みとなるかを調査すること。
• 非ローレンツ的演算子および量子補正が、ディラック型およびマヨラナ型ニュートリノ質量を生成する役割を検討すること。
• 特に LSND および大気ニュートリノ振動を説明できる追加のスカラーニュートリノ（消滅ニュートリノ）を含むモデルの妥当性を評価すること。
• ニュートリノ質量が根本的に超対称性の破れに関連づけられることで、超対称性の間接的証拠を提供する可能性があるかを明らかにすること。

提案手法

• 超対称性の破れによって誘導されるスプルロン場 $Z$ の真空期待値 $\mathcal{A}_Z$ を含む非ローレンツ的演算子を用い、抑制因子 $\mathcal{A}_Z/M_P$ および $\mathcal{A}_Z^2/(vM_P)$ を得る。
• 高次元演算子による木レベルのディラック質量およびマヨラナ質量の貢献を分析し、$y\bar{N}LH$ のようなローレンツ的結合項を避ける。
• ソフトな超対称性の破れ質量 $\tilde{m}$ を含むループ図を通じたニュートリノ質量の放射修正を評価し、抑制因子 $1/(16\pi^2)(\tilde{m}/M_R)^3$ および $1/(16\pi^2)(\tilde{m}/M_G)^2$ を得る。
• 追加の $U(1)_{B-L}$ ゲージ対称性を導入することで、放射的ディラック質量生成を可能にするモデルを検討する。
• $\mathcal{F}_Z \neq 0$ を持つ $SU(2)$ ゲージ群の強いダイナミクスによって超対称性の破れが生じるモデルクラスを構築し、非ゼロの $\mathcal{A}_Z$ を得る。
• さまざまな結合定数およびソフトパラメータのテクスチャを仮定したもとでニュートリノ質量行列の構造を解析し、観測された振動パターンを再現できるかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称性の破れによって誘導される電弱スケールと高エネルギー スケールの階層が、見せかけのスケール機構に依存せずに、正しいオーダーのニュートリノ質量を生成できるか？
• RQ2 スプルロン場 $Z$ を含む非ローレンツ的演算子が、超対称モデルにおけるディラック型およびマヨラナ型ニュートリノ質量にどのように寄与するか？
• RQ3 ソフトな超対称性の破れ質量を含むループ補正が、小さなニュートリノ質量を生成する役割を果たすか？
• RQ4 追加の消滅ニュートリノ（例：$\nu_s$）を含むモデルは、LSND 異常を説明しながらも、太陽ニュートリノおよび大気ニュートリノデータと整合することができるか？
• RQ5 太陽、大気、LSND の観測されたニュートリノ振動パターンを、超対称性の破れダイナミクスに基づく統一的枠組みで説明できるか、その範囲はどの程度か？

主な発見

• スプルロン $\mathcal{A}_Z$ を含む非ローレンツ的演算子により、ディラックニュートリノ質量 $m_{Ds} \sim 10^{-4}$ eV が生成され、LSND および太陽ニュートリノ振動と整合する。
• アクティブニュートリノのマヨラナ質量は $m_L \sim y^2 \times 1$ eV のオーダーで生成され、特定の結合定数の選択により $\nu_e$ に対して $m_L \sim 10^{-4}$ eV にまで低下し、準真空振動を可能にする。
• モデルにおける $\mathcal{A}_Z/M_P$ の抑制とループ因子 $1/(16\pi^2)(\tilde{m}/M_R)^3$ を組み合わせることで、meV から eV の範囲の軽いニュートリノ質量が得られ、実験的制約と整合する。
• 木レベルと放射的貢献の組み合わせにより、三つの軽いアクティブ状態と一つの軽い消滅状態を有する $2+2$ ニュートリノスペクトルを実現でき、太陽、大気、LSND のデータを同時に満たす。
• 大きな $M_R$ と抑制された木レベル結合を有するモデルは、見せかけのスケール機構に類似した性質を保持するが、大規模な $M_R$ に依存せず、代わりに $\mathcal{A}_Z/M_P$ とループ因子による抑制を用いる。
• この枠組みは、ニュートリノ質量が根本的に超対称性の破れに関連づけられることを示唆しており、観測されたニュートリノ質量階層が超対称性の間接的信号である可能性を示している。