[论文解读] Classically Conformal Radiative Neutrino Model with Gauged B-L Symmetry

Hiroshi Okada, Yuta Orikasa|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 15

一句话总结

该论文提出了一种具有规范性B-L对称性的经典共形辐射 seesaw 模型，其中电弱对称性自发破缺和Majorana中微子质量的生成通过Coleman-Weinberg机制动态触发。该模型同时解释了极小的中微子质量、暗物质（通过一个中性 $N_R$ 实现），以及无需显式质量项的电弱对称性破缺，且在基准点处与 $\mu\to e\gamma$、$Z'$ 和中微子振荡约束一致。

ABSTRACT

We discuss a classically conformal radiative neutrino model with gauged B$-$L symmetry, in which the B$-$L symmetry breaking can occur through the Coleman-Weinberg mechanism. As a result, Majorana mass term is generated and EW symmetry breaking also occurs. We show some allowed parameters to satisfy several theoretical and experimental constraints. Theoretical constraints are inert conditions and Coleman-Weinberg condition. Experimental bounds are lepton flavor violation(especially μ-> e γ), the current bound on the $Z'$ mass at LHC, in additions to the neutrino oscillations.

研究动机与目标

• 构建一个最小的、经典共形的辐射 seesaw 模型，无需显式质量项即可解释极小的中微子质量。
• 通过共形对称性避免TeV尺度与普朗克尺度之间的中间能标，从而解决层次问题。
• 通过 $B-L$ 对称性破缺的Coleman-Weinberg机制，同时生成电弱对称性破缺和Majorana中微子质量。
• 满足理论约束（惰性条件、Coleman-Weinberg条件）和实验限制（轻子味破坏、$Z'$、中微子振荡）。
• 识别一个与所有约束一致的可行基准点，包括来自 $N_R$ 场的暗物质候选。

提出的方法

• 在最小辐射 seesaw 模型中引入 $U(1)_{B-L}$ 规范对称性，包含带 $B-L$ 电荷的右手中微子 $N_R$ 和一个单态标量 $\varphi$。
• 引入 $Z_2$ 对称性以保护暗物质候选者并确保最轻的 $N_R$ 稳定。
• 利用Coleman-Weinberg机制动态生成 $B-L$ 规范玻色子质量与 $B-L$ Higgs 期望值，从而触发电弱对称性破缺。
• 通过涉及 $\Phi$、$\eta$ 和 $\varphi$ 场的一圈辐射 seesaw 构建中微子质量矩阵，Majorana质量通过 $B-L$ 对称性破缺生成。
• 使用标量、Yukawa 和规范耦合的1-loop RGE方程对耦合进行跑动演化。
• 应用理论与实验约束，识别一个满足所有限制的基准点，包括 $\mu\to e\gamma$、$Z'$ 和中微子振荡数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个经典共形的辐射 seesaw 模型能否在无需显式质量项的情况下同时生成电弱对称性破缺和Majorana中微子质量？
• RQ2 规范性 $B-L$ 对称性如何使 Coleman-Weinberg 机制能够同时触发 $B-L$ 和电弱对称性破缺？
• RQ3 $B-L$ 电荷标量 $\varphi$ 在生成中微子质量与稳定暗物质候选者方面起什么作用？
• RQ4 $\mu\to e\gamma$、$Z'$ 和中微子振荡的约束如何限制该模型的可行参数空间？
• RQ5 能否在最小且共形的框架下找到一个满足所有理论与实验约束的基准点？

主要发现

• 该模型成功通过 $B-L$ 对称性破缺驱动的 Coleman-Weinberg 机制，动态生成了非零的 Majorana 中微子质量，并触发了电弱对称性破缺。
• 识别出一个基准点，满足所有理论约束，包括惰性条件和标量势稳定的 Coleman-Weinberg 条件。
• 该模型预测了轻子味破坏过程如 $\mu\to e\gamma$，其分支比低于 $4.2\times10^{-13}$，符合当前实验限制。
• $Z'$ 玻色子质量预测高于 4.5 TeV，与 LHC 的 $M_{Z'} > 4.5$ TeV 实验下限一致。
• 中微子振荡数据在正常中微子质量排序下得到满足，最轻中微子质量约为 $0.005$ eV。
• $N_R$ 右手中微子作为稳定的暗物质候选者，质量约为 1.2 TeV，其丰度与观测结果一致。