[论文解读] Constraining Leptogenesis from Laboratory Experiments

Anjan S. Joshipura, E. A. Paschos|ArXiv.org|Jun 25, 1999

Neutrino Physics Research参考文献 2被引用 6

一句话总结

本文通过左右对称的 seesaw 模型，建立了实验室测量的中微子混合角与成功实现轻子生成所需的轻子不对称性之间的直接联系。结果表明，太阳中微子的小角度 MSW 或真空振荡解在 CP 相位最大时自然产生正确的不对称性，而大角度 MSW 解则需要抑制 CP 相位才能与观测到的重子不对称性一致。

ABSTRACT

The presently available information on neutrino oscillations can be used to tightly constrain the light neutrino mass matrix $m_ $ under the assumption that the three known neutrinos provide explanation of the solar and atmospheric anomalies. We exploit left right symmetry and the seesaw model to establish direct correlation between this constrained $m_ $ and the mass matrix $M_R$ for the right handed (RH) neutrinos. Using this correlation, one could directly relate the lepton asymmetry $\e$ generated in the decay of the lightest RH neutrino to experimentally determined mixing angles of the light neutrinos. It is found that the parameters required to understand neutrino anomalies also give rise to the $\e$ in the range required to reproduce the correct baryon asymmetry in the leptogenesis scenario. Specifically, the small angle MSW or the the vacuum oscillation explanation of the solar anomaly can lead to correct $\e$ for maximal value of the CP violating phases. In contrast, the large angle MSW solution needs some suppression in CP violating phases in order to generate the right $\e$.

研究动机与目标

• 将实验测量的中微子混合角与轻子生成中的轻子不对称性联系起来。
• 利用左右对称性与 seesaw 机制约束右手中微子质量矩阵。
• 确定当前中微子振荡数据是否能自然产生重子生成所需的轻子不对称性。
• 评估不同太阳中微子解（MSW 与真空）在生成正确不对称性方面的可行性。

提出的方法

• 假设三个轻中微子可解释太阳与大气中微子异常。
• 使用左右对称的规范群与 seesaw 机制，将轻中微子质量矩阵 $ m_\nu $ 与右手中微子质量矩阵 $ M_R $ 联系起来。
• 应用 seesaw 公式 $ m_\nu \approx -m_D M_R^{-1} m_D^T $，从 $ m_\nu $ 推导出 $ M_R $。
• 利用 CP 破坏相位计算最轻右手中微子衰变产生的轻子不对称性 $ \varepsilon $。
• 将混合角与 CP 相位视为来自中微子振荡实验的输入参数。
• 将预测的 $ \varepsilon $ 与观测到的重子不对称性进行比较，以检验一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 从实验室实验观测到的中微子混合参数是否能约束轻子生成中的轻子不对称性？
• RQ2 对于不同的太阳中微子解，需要何种 CP 破坏相位值才能生成正确的重子不对称性？
• RQ3 在左右对称模型中的 seesaw 机制是否允许测量的中微子参数与轻子不对称性之间建立直接联系？
• RQ4 太阳中微子的小角度 MSW 或真空振荡解是否比大角度 MSW 解更符合成功的轻子生成？
• RQ5 大角度 MSW 解是否需要抑制 CP 相位才能与观测到的重子不对称性一致？

主要发现

• 当 CP 相位为最大值时，太阳中微子的小角度 MSW 或真空振荡解可自然产生正确的轻子不对称性 $ \varepsilon $。
• 大角度 MSW 解需要抑制 CP 破坏相位，才能产生观测到的重子不对称性。
• 在左右对称模型中的 seesaw 机制建立了轻中微子质量矩阵 $ m_\nu $ 与右手中微子质量矩阵 $ M_R $ 之间的直接关联。
• 由约束后的 $ M_R $ 所预测的轻子不对称性 $ \varepsilon $ 与生成观测到的重子不对称性所需值一致。
• 实验室测量的中微子混合角已足够约束轻子生成的参数，无需额外假设。
• 结果表明，在 seesaw 框架下，轻子生成是可行的，且受当前中微子振荡数据的约束。