[论文解读] Accommodation of the Dirac Phase in the Krauss-Nasri-Trodden Model

Kingman Cheung, Hiroyuki Ishida+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2016

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 11被引用 6

一句话总结

该论文将Krauss-Nasri-Trodden（KNT）辐射中微子质量模型扩展为包含三个右手中微子和复值Yukawa耦合，以容纳与T2K实验及全球拟合结果一致的最大狄拉克CP破坏相位δ ≈ −π/2。该模型同时满足中微子振荡数据、轻子 flavor 破坏约束、暗物质丰度以及未来μ→e转换搜索的要求，且最轻的右手中微子可作为可行的暗物质候选者。

ABSTRACT

We investigate one of the radiative models, Kraus-Nasri-Trodden model, with the maximal value of Dirac CP violating phase, $δ$ is -π/2 (or equivalently 3π/2), which is preferred in not only recent long baseline experiments but also the global fit of neutrino oscillation data. We show that our predicted region of the μ-e conversion rate can be searched in the future experiments without conflicting lepton-flavor violation and dark matter constraints.

研究动机与目标

• 将KNT辐射中微子质量模型扩展，以容纳T2K和全球拟合结果所青睐的最大狄拉克CP破坏相位δ ≈ −π/2。
• 确保与轻子 flavor 破坏（LFV）约束的一致性，特别是μ→eγ和μ→e转换过程。
• 通过Z₂对称性和三个右手中微子，保持与暗物质丰度及对撞机现象学的兼容性。
• 证明该模型中μ→e转换的速率仍处于未来实验（如COMET和PRISM）的探测灵敏度范围内，且不违反其他约束。

提出的方法

• 引入三个右手中微子及复值Yukawa耦合矩阵fαβ，以生成非零的狄拉克相位δ。
• 引入Z₂对称性，禁止树图级类型-I seesaw机制，并稳定最轻的右手中微子作为暗物质候选者。
• 通过标量交换（S₁⁺, S₂⁺）和希格斯粒子（Φ）构建三圈级中微子质量机制，质量生成由带电标量圈图介导。
• 在参数空间中进行数值扫描，以满足中微子振荡数据、LFV限制（μ→eγ，μ→e转换）、暗物质丰度及真空稳定性要求。
• 使用一阶修正的标量耦合（λ_S₁, λ_S₂）确保真空稳定性，并避免非零真空期望值。
• 分析μ→e转换速率，表明其仍处于未来实验（如COMET和PRISM）的探测灵敏度范围内。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含三个右手中微子的KNT辐射中微子质量模型中，是否能够容纳最大狄拉克CP破坏相位δ ≈ −π/2？
• RQ2 该模型是否在轻子 flavor 破坏约束（特别是μ→eγ和μ→e转换）下保持一致？
• RQ3 最轻的右手中微子是否可作为可行的暗物质候选者，同时满足观测到的丰度？
• RQ4 预测的μ→e转换速率是否可在未来实验（如COMET和PRISM）中实现探测？
• RQ5 复值Yukawa耦合fαβ与Z₂对称性如何协同实现CP破坏并保证暗物质稳定性？

主要发现

• 通过引入复值Yukawa耦合fαβ，该模型成功容纳了δ ≈ −π/2（或3π/2），与T2K实验及全球拟合结果一致。
• 即使在严格的LFV约束下，μ→e转换速率仍处于未来实验（如COMET和PRISM）的探测灵敏度范围内。
• 最轻的右手中微子（N₁）作为暗物质候选者，其质量及与S₂⁺玻色子的次级湮灭过程对实现正确的丰度至关重要。
• 一旦LFV过程受到限制，μ→eγ和μ→e转换的约束将自动满足，这是由模型结构与参数选择所决定的。
• 该模型可通过质量谱系M_N₁ ≤ M_N₂区分正常与反常中微子质量顺序，而该关系仅在正常质量顺序下成立。
• μ子g−2的偏离极小（O(10⁻¹²)），对实验值O(10⁻⁹)无显著影响。