[论文解读] Common Origin for CP Violation in Cosmology and in Neutrino Oscillations

K. S. Babu, Yanzhi Meng+1 more|ArXiv.org|Dec 23, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 8

一句话总结

该论文提出了一种在MSSM中具有两个近简并右手中微子的统一框架，其中单一的CP破坏相同时支配早期宇宙中的轻子生成和中微子振荡中的CP破坏。通过特定纹理的Yukawa矩阵，该模型预测了中微子混合角与CP相位之间的关联，利用宇宙学约束了CP相位|δ|，并通过tanβ > 12的共振轻子生成机制使右手中微子质量达到TeV量级，从而避免了引力子问题。

ABSTRACT

We suggest predictive scenarios for neutrino masses which provide a common origin for CP violation in early universe cosmology and in neutrino oscillations. Our setup is the seesaw mechanism in the context of MSSM with two quasi-degenerate right-handed neutrinos, with baryon asymmetry generated via resonant leptogenesis. Three different models are found with specific textures in the Yukawa coupling matrices, each with a single phase which controls leptogenesis and neutrino CP violation. One model leads to normal hierarchy of light neutrino masses and the prediction tan theta_13 = sin theta_12 \sqrt{m_2/m_3}, resulting in a value of the reactor mixing angle theta_13 very close to the current experimental lower limit. The other two models predict inverted hierarchical neutrino mass spectrum with the sum rules sin^2 theta_12 = 1/2-tan theta_23 sin theta_ 13 cos delta and sin^2 theta_12 = 1/2+cot theta_23 sin theta_13 cos delta respectively. We obtain a lower bound for the phase |delta| in the normal hierarchical model, and a narrow range for |delta| for the inverted hierarchical model from cosmology. In our scenario, the mass-splitting between the quasi-degenerate right-handed neutrinos arise via renormalization group flow, which provides a lower limit on the MSSM parameter tan beta > 12. The right-handed neutrino masses can be as low as TeV, which would avoid the gravitino problem generic to supersymmetric models.

研究动机与目标

• 通过使右手中微子质量达到TeV量级，解决超对称轻子生成中的引力子过量问题。
• 通过Yukawa耦合矩阵中的单一相位，建立宇宙学（轻子生成）与中微子振荡中CP破坏的共同起源。
• 利用宇宙学和振荡数据，约束CP破坏相δ和反应堆混合角θ₁₃。
• 识别出能产生近简并右手中微子的共振轻子生成的可行中微子质量纹理，并预测混合角的特定和规则。

提出的方法

• 在MSSM中实现具有两个近简并右手中微子（RHNs）的共振轻子生成，使RHN质量低至TeV量级。
• 利用味对称性将狄拉克Yukawa耦合矩阵限制为特定纹理（A、B₁、B₂），每种纹理均含单一CP破坏相。
• 应用跑动的规范群流，生成近简并RHN之间的微小质量分裂，其依赖于tanβ > 12。
• 使用玻尔兹曼方程和效率因子，计算RHN衰变产生的重子不对称性，同时考虑软SUSY破缺项。
• 推导出在反序质量谱模型中，sin²θ₁₂关于θ₂₃、θ₁₃和δ的和规则。
• 利用全球中微子振荡拟合数据（2σ范围）约束模型参数，并预测正常质量谱下的θ₁₃。

实验结果

研究问题

• RQ1 Yukawa耦合矩阵中的单一CP破坏相是否能同时解释中微子振荡中的CP破坏和通过轻子生成产生的重子不对称性？
• RQ2 哪些狄拉克Yukawa矩阵的纹理能够产生近简并右手中微子并实现共振轻子生成？
• RQ3 通过跑动规范群流实现RHN质量分裂的要求，如何约束MSSM参数tanβ？
• RQ4 在正常和反序中微子质量谱中，宇宙学数据对CP破坏相δ的推导边界是什么？
• RQ5 在此统一框架中，反应堆混合角θ₁₃能否以高精度预测？

主要发现

• 该模型预测了正常质量谱下的特定关系：tanθ₁₃ ≈ sinθ₁₂√(m₂/m₃)，使得θ₁₃非常接近当前实验的下限。
• 对于两种反序质量谱模型，出现了和规则：sin²θ₁₂ ≈ 1/2 − tanθ₂₃ sinθ₁₃ cosδ 和 sin²θ₁₂ ≈ 1/2 + cotθ₂₃ sinθ₁₃ cosδ。
• 在正常质量谱模型中，通过宇宙学约束推导出CP相位|δ|的下限。
• 在反序质量谱模型中，宇宙学数据将CP相位|δ|约束在极窄范围内。
• 通过跑动规范群流实现RHN质量分裂的要求，导致tanβ > 12的下限。
• 来自sneutrino衰变的重子不对称性可忽略不计（≤10⁻²的费米子RHN贡献），证实RHN衰变主导了轻子生成。