[论文解读] Gauged $L_\mu$-$L_ au$ Model with an Inverse Seesaw Mechanism for Neutrino Masses

Abhish Dev|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种 GL−R × U(1)Lμ−Lτ 规范对称模型，通过逆跷跷板机制同时解释μ子反常磁矩和左手性中微子的小质量。通过自发对称性自发破缺 U(1)Lμ−Lτ，该模型生成一个重的 Zμτ 规范玻色子，其对 ∆aμ 有贡献，同时在中微子质量矩阵中产生一种 C 型双零纹理，从而对 CP 破坏相位和与当前实验数据一致的中微子质量做出精确预测。

ABSTRACT

In this paper, we propose a $G_{L-R} imes U(1)_{L_\mu-L_ au}$ gauge-symmetric model where $G_{L-R}$ is the left-right gauge symmetry and $L_i$ is the $i-$flavor lepton number. We use the spontaneous breaking (SSB) of $U(1)_{L_\mu-L_ au}$ to explain two discrepancies in the standard model: muon anomalous magnetic moment and light neutrinos and its oscillations. The massive neutral gauge boson, $Z_{\mu au}$, arising from the SSB can provide additional contributions to the muon anomalous magnetic moment. In order to explain neutrino masses, we employ the low-energy inverse seesaw mechanism by adding three $G_{L-R}$ singlet fermions, $S_{e,\mu, au}$. The light neutrino mass matrix from the inverse seesaw formula has a specific two-zero texture pattern referred in the literature as the Type-C two-zero texture due to the $U(1)_{L_\mu-L_ au}$ symmetry. This allows us to predict the values of the CP-violating Dirac phase, Majorana phases, and the absolute value of light neutrino masses in terms of the precisely measured mixing angles and mass squared differences. The model accommodates a quasi-degenerate spectrum of neutrino masses with inverted ordering. The calculated best-fit value of $\delta_{CP}$ surprisingly matches with the current experimentally measured best-fit value of $\delta_{CP}$. At $1\sigma$, the measured value of $\delta_{CP}$ favors a $ heta_{23}>\pi/4$. At $1\sigma$, most of the parameter space is within the cosmological bound on the sum of neutrino mass and the bound on the effective Majorana mass from neutrinoless beta decay.

研究动机与目标

• 解决标准模型之外 μ 子反常磁矩（∆aμ）长期存在的差异问题。
• 利用低能跷跷板机制解释左手性中微子的小质量及其振荡参数。
• 在单一规范对称框架内统一解释 µ−τ 对称性破缺与中微子质量生成机制。
• 通过对称性施加的纹理模式，以最少的自由参数预测 CP 破坏相位和绝对中微子质量。
• 根据中微子无双贝塔衰变的有效马约拉纳质量及宇宙学对中微子质量之和的约束，检验该模型的可行性。

提出的方法

• 引入一个左右对称的规范群 GL−R × U(1)Lμ−Lτ，其中 U(1)Lμ−Lτ 通过具有 Lμ−Lτ 电荷的希格斯场实现自发破缺。
• U(1)Lμ−Lτ 的自发破缺产生一个具有质量的中性规范玻色子 Zμτ，其对 μ 子反常磁矩有贡献。
• 通过引入三个 GL−R 型单态费米子（Se,µ,τ）实现逆跷跷板机制，得到轻中微子质量矩阵形式为 mν ≈ mT_D (mT_N)^{-1} μ mN mD。
• U(1)Lμ−Lτ 对称性在中微子质量矩阵中强制实现特定的双零纹理（C 型），从而限制混合参数的结构。
• 以测量的混合角和质量平方差为输入，推导出对 δCP、马约拉纳相位和绝对中微子质量的预测。
• 对实验数据进行全局拟合，包括 ∆aμ、中微子振荡参数和宇宙学约束，以限制参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有逆跷跷板机制的 U(1)Lμ−Lτ 规范模型能否同时解释 μ 子 g−2 异常和中微子小质量？
• RQ2 U(1)Lμ−Lτ 对称性对中微子质量矩阵的纹理有何影响？它如何约束 CP 破坏相位？
• RQ3 该模型是否预测特定的中微子质量顺序？是否与宇宙学和中微子无双贝塔衰变的约束一致？
• RQ4 δCP 的预测对 θ23 的象限有多敏感？其结果是否与当前实验的最佳拟合值一致？
• RQ5 该模型能否在 12–800 GeV 范围内容纳 Zμτ 玻色子，以解释 μ 子 g−2 的差异？

主要发现

• 该模型预测 CP 破坏的狄拉克相位 δCP ≈ −1.2，与当前全球拟合的实验最佳值惊人地一致。
• 在 1σ 置信水平下，该模型偏好 θ23 > π/4，表明对大气混合角较高象限具有偏好。
• 中微子质量谱被限制为近简并的反序排列，与 U(1)Lμ−Lτ 对称性强制的 C 型双零纹理一致。
• 绝对中微子质量尺度被预测为 0.05–0.1 eV 范围，处于宇宙学对中微子质量之和的约束范围内。
• 中微子无双贝塔衰变的有效马约拉纳质量被预测低于 0.02 eV，与当前实验限制一致。
• 为解释 μ 子 g−2 异常，Zμτ 规范玻色子质量被限制在 12–800 GeV 范围内，其耦合常数可避开对轻子和强子对撞机的约束。