[论文解读] Color Octet Leptogenesis

M. Losada, Sean Tulin|ArXiv.org|Sep 3, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文提出了一种通过色八重态费米子和标量在单圈图中衰变实现低能规模轻子生成的机制，在此模型中，CP不对称性不受中微子质量的约束，可取较大值。结果表明，来自 $μ\to e\gamma$ 的轻子味破坏过程强烈约束了CP不对称性，要求八重态粒子质量接近TeV量级以保证模型的可行性，而规范相互作用则增强了热态下的产生过程，并使该模型在LHC上具有可观测性。

ABSTRACT

We study the implications for generating the cosmological baryon asymmetry through leptogenesis in the recent model of Fileviez Perez and Wise, which provides a new mechanism for generating neutrino masses at one-loop by introducing new color octet fermion and scalar fields. We find that there are significant differences with respect to other models for leptogenesis: low scale leptogenesis can occur naturally and the CP asymmetry can be large as there is no upper bound arising from neutrino masses. The CP asymmetry is insensitive to the phases in the neutrino mixing matrix. We investigate in detail the minimal model that can simultaneously fit low scale neutrino physics, the $μ o e γ$ bound and leptogenesis. The model can provide outstanding collider signatures and the value of the CP-asymmetry can be more constrained from lepton flavour violating processes than from neutrino physics.

研究动机与目标

• 探索Fileviez Perez与Wise模型中的轻子生成机制，该模型通过新引入的色八重态费米子和标量在单圈图中生成马约拉纳中微子质量。
• 在小中微子质量不施加约束的背景下，确定该框架下低能规模轻子生成是否可行。
• 评估轻子味破坏过程（特别是 $\mu\to e\gamma$）对CP不对称性允许参数空间的影响。
• 评估强SU(3)规范相互作用在热平衡过程中维持轻子不对称性（即使存在热化）的作用。
• 在最小模型中，识别对撞机信号和来自电弱精确测量的约束。

提出的方法

• 该模型引入一个新的SU(3)色八重态费米子 $F$ 和标量 $S$，在 $SU(3)_c$ 下变换为 $\mathbf{8}$，并具有与轻子双态 $L_i$ 和 $S$ 的Yukawa耦合 $y_{iab}$。
• 轻子生成由两体衰变 $F_1 \to S \ell_i$ 驱动，CP不对称性 $\epsilon_{F_1}$ 通过树图与单圈自能图的干涉计算得出。
• CP不对称性由Yukawa耦合乘积的虚部导出：$\epsilon_{F_1} \propto \textrm{Im}\left[(y_1 y_2^*)^2\right]$，与中微子混合相位无关。
• 通过参数扫描关联 $\epsilon_{F_1}$ 与分支比 $\textrm{Br}(\mu\to e\gamma)$，并应用实验上限 $\leq 1.2\times10^{-11}$。
• 效率因子 $\eta$ 并未通过数值计算，而是通过强规范相互作用可维持热平衡而不引起过度洗刷，推断其为 $\mathcal{O}(1)$。
• 对 $\mathcal{N}_F=2$，$\mathcal{N}_S=3$ 的扩展模型进行了研究，通过中微子质量矩阵中非对角的 $\lambda_{bc}$ 项，在保持大CP不对称性的同时抑制轻子味破坏。

实验结果

研究问题

• RQ1 在色八重态模型中，是否可以在电弱尺度实现大的CP不对称性，而无需受到小中微子质量的约束？
• RQ2 来自 $\mu\to e\gamma$ 的实验上限如何约束该模型中CP不对称性 $\epsilon_{F_1}$ 的大小？
• RQ3 强SU(3)规范相互作用是否能防止热化过程中的轻子不对称性被过度洗刷？
• RQ4 通过模型扩展，是否可能在抑制轻子味破坏过程的同时实现大的CP不对称性？
• RQ5 在最小色八重态轻子生成模型中，关键的对撞机信号和精确测量约束是什么？

主要发现

• 在色八重态模型中，CP不对称性 $\epsilon_{F_1}$ 不受中微子质量的限制，因此即使在电弱尺度也可取较大值。
• CP不对称性对中微子混合矩阵中的CP破坏相位不敏感，使其与低能中微子物理可观测量解耦。
• $\mu\to e\gamma$ 衰变的分支比对 $\epsilon_{F_1}$ 的约束强于中微子物理，要求 $\textrm{Br}(\mu\to e\gamma) \leq 1.2\times10^{-11}$。
• 对于可行的参数空间，八重态粒子质量必须至少为几TeV，才能满足 $\mu\to e\gamma$ 的约束，除非通过扩展模型来抑制轻子味破坏。
• 由于强SU(3)规范相互作用，效率因子 $\eta$ 预期为 $\mathcal{O}(1)$，其可维持热平衡而不引起过度洗刷。
• 该模型允许独特的LHC信号，包括来自 $F$ 粒子对产生与衰变的同号 dilepton末态，从而增强可观测性。