[论文解读] Discrete Flavor Symmetries and Lepton Masses and Mixings

Garv Chauhan, P. S. Bhupal Dev+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2022

Neutrino Physics Research被引用 6

一句话总结

本文系统综述了基于离散 flavor 对称性的中微子质量与混合模型，重点探讨其在重力生成、暗物质及对撞机物理中的影响。研究表明，$\Delta(6n^2)$、$A_4$ 和 $S_4$ 等对称群可预测特定的混合模式，并与可观测现象（如右手中微子信号和 CP 破坏）相联系，为检验标准模型之外的味物理提供统一框架。

ABSTRACT

We discuss neutrino mass and mixing models based on discrete flavor symmetries. These models can include a variety of new interactions and non-standard particles such as sterile neutrinos, scalar Higgs singlets and multiplets. We point at connections of the models with leptogenesis and dark matter and the ways to detect the corresponding non-standard particles at intensity and energy frontier experiments.

研究动机与目标

• 系统分析离散味对称性如何解释观测到的中微子混合角与 CP 破坏相位。
• 探讨味对称性通过重力生成与宇宙重子不对称性（BAU）之间的联系。
• 识别味对称性模型所预测的新物理现象的典型信号，如惰性中微子与标量单重态。
• 评估这些模型在未来的强度前沿与能量前沿实验（包括 DUNE、NOvA 与对撞机）中的可行性。
• 研究模对称性与逆特征值问题等新兴框架在味对称性模型构建中的应用。

提出的方法

• 利用 $A_4$、$S_4$、$T'$ 和 $\Delta(6n^2)$ 等离散群的剩余对称性构建中微子质量与混合矩阵。
• 应用包含重右手中微子（RHNs）的 seesaw 机制生成小的马约拉纳质量，其中 Yukawa 耦合受味对称性约束。
• 利用由剩余对称性导出的和规则，关联中微子振荡参数，并将模型预测与全球拟合结果进行对比。
• 分析 $\Delta(6n^2)$ 基模型中 RHN 的对撞机信号，如同号双轻子事例、衰变长度与分支比。
• 采用逆特征值问题方法，从给定谱重构质量与混合矩阵，揭示矩阵结构与对称性约束之间的关联。
• 探索模对称性作为味对称性的现代延伸，其和规则可在未来中微子实验中检验。

实验结果

研究问题

• RQ1 离散味对称性（如 $A_4$ 与 $S_4$）如何导致特定的中微子混合模式（如三最大混合或双最大混合）？
• RQ2 味对称性对重力生成有何影响，特别是在包含重右手中微子与非零 CP 相位的模型中？
• RQ3 味对称性模型如何预测对撞机中可探测的信号（如 RHN 衰变产生的同号双轻子事例）？
• RQ4 模对称性或逆特征值方法在何种程度上可约束中微子质量矩阵结构，并与可观测参数关联？
• RQ5 味对称性如何与多 Higgs 双重态模型中的暗物质候选与非标准 Higgs 多重态相联系？

主要发现

• 离散味对称性（如 $\Delta(6n^2)$、$A_4$ 与 $S_4$）成功预测了非零 $\theta_{13}$ 与非零 $\delta_{\text{CP}}$，与 T2K 和 NOvA 数据一致。
• 基于 $\Delta(6n^2)$ 的模型预测 RHN 具有长衰变长度与特定分支比，可在对撞机中产生可观测的同号双轻子信号。
• 逆特征值问题提供了一种从谱重构质量矩阵的方法，揭示矩阵元受主要化关系与对称性结构的约束。
• 模对称性模型中由剩余对称性导出的和规则可在未来中微子实验（如 DUNE）中检验，为验证或证伪此类模型提供途径。
• 包含惰性中微子与标量单重态的味对称性模型可同时解释重力生成、暗物质与中微子质量生成，提供统一框架。
• T2K 与 NOvA 数据显示，正常质量顺序（后验概率 89%）与 $\theta_{23}$ 的第二象限具有偏好，与基于 $A_4$ 的模型预测一致。