[论文解读] A see-saw scenario of an $A_4$ flavour symmetric standard model

Dinh Nguyen Dinh, N. Anh Ky+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2016

Neutrino Physics Research参考文献 31被引用 3

一句话总结

该论文在标准模型的A₄味对称扩展中提出了一种类型-I seesaw机制，引入三个Higgs双态作为A₄三重态和三个单态，以及四个右手中微子（一个三重态和三个单态），以生成小中微子质量。该模型成功预测了中微子混合参数、CP破坏相位以及无中微子双贝塔衰变的有效Majoron质量，其结果与当前实验数据及T2K合作组关于δCP的最新发现一致。

ABSTRACT

A see-saw scenario for an $A_4$ flavour symmetric standard model is presented. The latter, compared with the standard model, has an extended field content adopting now an additional $A_4$ symmetry structure (along with the standard model symmetry). As before, the see-saw mechanism can be realized in several models of different types depending on different ways of neutrino mass generation corresponding to the introduction of new (heavy in general) fields with different symmetry structures. In the present paper, a general description of all these see-saw types is made with a more detailed investigation on type-I models, while for type-II and type-III models a similar strategy can be followed. As within the original see-saw mechanism, the symmetry structure of the standard model fields decides the number and the symmetry structure of the new fields. In a model considered here, the scalar sector consists of three standard-model-Higgs-like iso-doublets ($SU_L(2)$-doublets) forming together an $A_4$-triplet, and three iso-singlets transforming as three singlets (1,$1^{'}$ and $1^{''}$) of $A_4$. In the lepton sector, the three left-handed lepton iso-doublets form an $A_4$-triplet, while the three right-handed charged leptons are either $A_4$-singlets in one version of the model, or components of an $A_4$-triplet in another version. To generate neutrino masses through, say, the type-I see-saw mechanism, it is natural to add four right-handed neutrino multiplets, including one $A_4$-triplet and three $A_4$-singlets. For an interpretation, the model is applied to deriving some physics quantities such as neutrinoless double beta decay effective mass $|\langle m_{ee} angle|$, CP violation phase $δ_{CP}$ and Jarlskog parameter $J_{CP}$, which can be verified experimentally.

研究动机与目标

• 通过引入A₄家族对称性扩展标准模型，以解释小中微子质量及其混合模式。
• 利用右手中微子的A₄多重态实现类型-I seesaw机制，以生成Majorana质量。
• 预测可观测量，如无中微子双贝塔衰变的有效质量、CP破坏相位δCP以及Jarlskog不变量。
• 在不引入额外离散对称性（如Z₃×Z₄）的前提下，实现与实验数据的一致性，包括T2K合作组关于δCP的最新结果。

提出的方法

• 标量 sector 包含三个SU(2)L双态，构成一个A₄三重态和三个在A₄下变换为1、1′和1″的单态。
• 轻子 sector 将左手性带电轻子分配为A₄三重态，右手中微子则分配为A₄单态或A₄三重态。
• 引入四个右手中微子：一个A₄三重态和三个A₄单态，以实现类型-I seesaw机制。
• 对Yukawa项和质量项应用微扰展开，推导出轻中微子质量矩阵及其混合结构。
• 从模型的质量本征态重构PMNS混合矩阵，从而提取δCP、JCP和|⟨mee⟩|。
• 将模型的预测与中微子振荡数据的全球拟合结果以及T2K合作组的δCP测量结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在seesaw模型中一致地嵌入A₄家族对称性，以生成小中微子质量？
• RQ2 A₄结构对中微子混合角和CP破坏相位有何影响？
• RQ3 该模型能否预测与当前实验限制一致的无中微子双贝塔衰变的有效Majoron质量|⟨mee⟩|？
• RQ4 预测的δCP和JCP值与近期实验数据（特别是T2K的结果）相比如何？
• RQ5 该模型能否在不引入额外离散对称性的情况下重现对三最大混合的偏离？

主要发现

• 该模型预测的中微子混合模式与中微子振荡数据的全球拟合结果一致，包括对三最大混合的偏离。
• 预测的CP破坏相位δCP与T2K合作组的最新测量结果高度一致，无论是在正常中微子质量顺序还是反常中微子质量顺序下均成立。
• 有效Majoron质量|⟨mee⟩|被预测处于当前及未来无中微子双贝塔衰变实验的探测灵敏度范围内。
• Jarlskog不变量JCP非零，证实了该模型中轻子扇区存在CP破坏。
• 该模型在不依赖额外对称性（如Z₃×Z₄）的前提下实现了自洽的seesaw机制，简化了模型结构。
• 对Yukawa项和质量项的微扰分析成功再现了观测到的中微子质量劈裂和混合角。