[論文レビュー] Viability of $\Delta m^2\sim$ 1 eV$^2$ sterile neutrino mixing models in light of MiniBooNE electron neutrino and antineutrino data from the Booster and NuMI beamlines

G. Karagiorgi, Z. Djurcic+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2009

Neutrino Physics Research参考文献 2被引用数 32

ひとこと要約

この論文は、ニュートリノおよび反ニュートリノの出現結果とNuMIビームデータを含む更新されたMiniBooNEデータを用いて、3+1および3+2の不活性ニュートリノ振動モデルの妥当性を評価している。3+2モデルにおいてCP対称性の破れを許容する場合、短基底線（SBL）データへのグローバルフィットが向上するが、特にMiniBooNEニュートリノデータ、CDHS、および大気中ニュートリノ制約に関連する、出現実験と消失実験の間で顕著な不一致が依然として残存している。

ABSTRACT

This paper examines sterile neutrino oscillation models in light of recently published results from the MiniBooNE Experiment. The new MiniBooNE data include the updated neutrino results, including the low energy region, and the first antineutrino results, as well as first results from the off-axis NuMI beam observed in the MiniBooNE detector. These new global fits also include data from LSND, KARMEN, NOMAD, Bugey, CHOOZ, CCFR84, and CDHS. Constraints from atmospheric oscillation data have been imposed.

研究の動機と目的

• 新しいMiniBooNEデータを踏まえた3+1および3+2の不活性ニュートリノ振動モデルの妥当性を評価すること。
• 3+2モデルにおけるCP対称性の破れが、短基底線（SBL）の出現実験と消失実験の間の緊張を解消できるかどうかを調査すること。
• 3+1および3+2の仮説下で、ニュートリノと反ニュートリノのデータセット間の不一致を検討すること。
• 新規MiniBooNE結果（ニュートリノおよび反ニュートリノの出現、NuMIビームデータ）の追加が、長年のSBL振動データにおける緊張を解消するかどうかを特定すること。
• 大気中ニュートリノ制約とCDHSデータがグローバルフィットにおける不一致を引き起こす役割を評価すること。

提案手法

• LSND、KARMEN、NOMAD、Bugey、CHOOZ、CCFR84、CDHS、およびMiniBooNEニュートリノ/反ニュートリノ出現データを含む10個の短基底線（SBL）データセットに対するグローバルフィットを実施。
• Ref. [19] による大気中ニュートリノ制約をRef. [15] の手法を用いて、すべてのSBLフィットに適用。
• CPT対称性を保つ3+1（唯一）と、CPT対称性を保つおよびCP対称性を破る3+2（CP対称性破れを許容）の両方の振動シナリオを分析。
• χ²尤度解析を用いてモデルフィットを比較し、実験のサブセット間のp値および適合確率（PG）を計算。
• パラメータ空間の探索と最適フィット振動パラメータの特定のため、モンテカルロ・マルコフ連鎖（MCMC）手法を適用。
• 質量順序制約（m5 > m4 > m1）を課し、より重い不活性状態が主に不活性であることを保証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3+1の不活性ニュートリノモデルは、新しいMiniBooNE結果を含む、SBLニュートリノおよび反ニュートリノ出現・消失データの全セットを適合させることができるか？
• RQ2 3+2の不活性ニュートリノモデルにCP対称性の破れを含めることで、長年の出現実験と消失実験の間の緊張が解消されるか？
• RQ3 特に新しいMiniBooNE反ニュートリノ結果を踏まえて、3+1および3+2の振動仮説下でニュートリノと反ニュートリノのデータセット間の適合性はどの程度か？
• RQ4 LSND、MiniBooNE（ν）、CDHS、または大気中制約のうち、3+2フィットにおける観察された不適合性の主な要因となっているのはどのデータセットか？
• RQ5 CPT対称性を保つ不活性ニュートリノモデルは、すべてのSBLデータを完全に適合させられるか、それともCPT対称性の破れまたは有効なCPT対称性の破れが必要か？

主な発見

• (3+1)モデルでは、ニュートリノと反ニュートリノ実験の間に明確な不適合性が示され、適合確率（PG）は0.1%未満である。
• (3+2)CP対称性破れモデルは、(3+1)モデルに比べて顕著に優れたグローバルフィットを示し、χ²確率は54%（CP保存の(3+2)ケースでは52%）である。
• 3+2CP対称性破れフィットにおいても、出現実験と消失実験の間の不適合性は継続しており、主にBNB-MB(ν)およびCDHSデータセットおよび大気中制約が原因である。
• BNB-MB(ν)、CDHSおよび大気中データを除くと、出現実験と消失実験の間の適合性は24%に向上する。
• 反ニュートリノのみのデータセット（出現および消失を含む）は、(3+1)フレームワーク内では顕著に適合性が高く、出現のみのニュートリノと反ニュートリノの結果のPGは6.8%である。
• 最適フィット(3+2)CP対称性破れモデルは、CP対称性破れ位相φ45 = 1.7πに対応しており、大きなが最大でないCP対称性破れを示している。