[论文解读] An Inverse Seesaw model with $A_4$-modular symmetry

Takaaki Nomura, Hiroshi Okada+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 26

一句话总结

本文提出了一种基于 $A_4$-模对称性和右手中微子特异性 $U(1)_R$ 规范对称性的中微子质量模型，该对称性约束了 Yukawa 作用项，从而实现反向 seesaw 机制。该模型预测了重的伪狄拉克中微子的层级质量谱，并将可观测量如狄拉克 CP 相位、中微子质量之和以及 $m_{ee}$ 相关联，数值扫描显示 $ less less 0.07$ eV（NO）和 $ less less 0.01$ eV（IO）。

ABSTRACT

We discuss an inverse seesaw model based on right-handed fermion specific $U(1)$ gauge symmetry and $A_4$-modular symmetry. These symmetries forbid unnecessary terms and restrict structures of Yukawa interactions which are relevant to inverse seesaw mechanism. Then we can obtain some predictions in neutrino sector such as Dirac-CP phase and sum of neutrino mass, which are shown by our numerical analysis. Besides the relation among masses of heavy pseudo-Dirac neutrino can be obtained since it is also restricted by the modular symmetry. We also discuss implications to lepton flavor violation and collider physics in our model.

研究动机与目标

• 通过引入 $A_4$-模对称性和 $U(1)_R$ 规范对称性，构建一个用于中微子质量的味模型，以约束 Yukawa 耦合。
• 探讨在模对称性下反向 seesaw 机制的物理内涵，特别是在中微子 sector 中的表现。
• 预测关键可观测量，如狄拉克 CP 相位、中微子质量之和以及有效马约拉纳质量 $m_{ee}$。
• 研究轻子味破坏及该模型中 TeV 能量尺度的伪狄拉克中微子的对撞机信号。

提出的方法

• 引入一种仅作用于右手中微子的 $U(1)_R$ 规范对称性，以消除异常并禁止不希望的 Yukawa 项。
• 将左、右手中性轻子 $S_L$ 和 $N_R$ 赋予 $A_4$ 三重态表示，Yukawa 耦合通过权为 2 的模形式表达。
• 利用变换为 $A_4$ 三重态的模形式 $y_1, y_2, y_3$ 构造受约束的中微子质量矩阵。
• 通过包含 $S_L$、$N_R$ 和一个具有 $U(1)_R$ 电荷的单态标量 $\varphi$ 的 seesaw 矩阵实现反向 seesaw 机制。
• 对模型参数进行数值扫描，以识别与中微子振荡数据一致的区域。
• 分析狄拉克 CP 相位、中微子质量之和、$m_{ee}$ 以及重中微子质量层级的预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有 $U(1)_R$ 对称性的反向 seesaw 模型中，$A_4$-模对称性如何约束 Yukawa 耦合的结构？
• RQ2 该模型对狄拉克 CP 相位和中微子质量之和有何预测？
• RQ3 该模型预测的重伪狄拉克中微子之间质量层级关系如何？
• RQ4 轻子味破坏过程如 $\mu \to e\gamma$ 如何依赖于模型参数？
• RQ5 在此框架下，TeV 能量尺度的伪狄拉克中微子的对撞机信号是什么？

主要发现

• 该模型预测了层级质量谱，正常顺序（NO）下为 $M_1 \ll M_2 \sim M_3$，反常顺序（IO）下为 $M_1 < M_2 \lesssim M_3$。
• 基于数值扫描，狄拉克 CP 相位在 NO 下约为 $50^\circ$，在 IO 下约为 $300^\circ$。
• 中微子质量之和被限制在 NO 下 $0.06 \lesssim \sum m \lesssim 0.07$ eV，IO 下 $0.101 \lesssim \sum m \lesssim 0.106$ eV。
• 有效马约拉纳质量 $m_{ee}$ 的预测值在 NO 下为 $0.0045 \lesssim \langle m_{ee} \rangle \lesssim 0.01$ eV，在 IO 下为 $0.042 \lesssim \langle m_{ee} \rangle \lesssim 0.046$ eV。
• 轻子味破坏过程如 $\mu \to e\gamma$ 虽被抑制，但未来实验中可能被探测到。
• 该模型中的 TeV 能量尺度伪狄拉克中微子可能通过其衰变信号在未来的对撞机实验中被探测到。