[论文解读] Generating lepton masses and mixings with a heavy vector doublet

A. E. Cárcamo Hernández, Jonatan Vignatti+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2018

Neutrino Physics Research被引用 1

一句话总结

本文提出了一种标准模型的两模型扩展，包含一个重的 SU(2)L 规范双态矢量和九个 SM 单态标量，通过单圈辐射 seesaw 机制生成小的活性中微子质量。该模型成功重现了观测到的轻子质量与混合角——涵盖正常与倒置中微子质量谱系——同时预测了带电轻子味违反过程的衰变速率，处于未来实验的探测范围内。

ABSTRACT

We construct two viable extensions of the SM with a heavy vector in the fundamental $SU\left( 2 ight) _{L}$ representation and nine SM singlet scalar fields, consistent with the current SM fermion mass spectrum and fermionic mixing parameters. The small masses for the active neutrinos are generated from radiative seesaw mechanism at one loop level mediated by the neutral components of the heavy vector as well as by the left handed Majorana neutrinos. The proposed models predicts rates for charged lepton flavor violating processes within the reach of the forthcoming experiments.

研究动机与目标

• 通过解释费米子质量谱的层级结构与混合角，解决标准模型的味谜题。
• 通过涉及一个重矢量双态与惰性中微子的单圈辐射 seesaw 机制，生成小的活性中微子质量。
• 利用标准模型的最小扩展，构建适用于正常与倒置中微子质量谱系的可行模型。
• 预测带电轻子味违反过程的衰变速率，处于未来实验的探测灵敏度范围内。
• 通过引入多个 SM 单态标量，使 Yukawa 耦合保持在单位量级，以解释费米子质量层级。

提出的方法

• 引入一个与 SM 轻子通过一个新的惰性左手中微子和 SM 单态标量耦合的重 SU(2)L 矢量双态。
• 施加一个离散的 S3×Z2×Z6×Z8×Z12 flavor 对称性，以控制费米子质量层级与混合模式。
• 构建两个模型：一个用于倒置谱系，一个用于正常谱系，两者均与 SM 费米子质量与混合一致。
• 使用单圈辐射 seesaw 机制，其中重矢量双态的中性分量与左手 Majorana 中微子共同介导活性中微子质量的生成。
• 为 SM 单态标量与矢量双态分配特定的 flavor 对称性电荷，以抑制不必要的耦合。
• 从涉及重矢量双态与惰性中微子的圈图推导出有效中微子质量矩阵，从而形成类似 seesaw 的结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 在基础 SU(2)L 表示中，重矢量双态是否可通过辐射 seesaw 机制生成小的活性中微子质量？
• RQ2 在包含重矢量双态与 SM 单态标量的模型中，如何一致地重现观测到的轻子混合角与质量谱系？
• RQ3 该模型对带电轻子味违反有何影响？预测的衰变速率是否可被未来实验探测？
• RQ4 该模型能否仅通过单位量级的 Yukawa 耦合与额外的单态标量解释 SM 费米子质量层级？
• RQ5 离散 flavor 对称群 S3×Z2×Z6×Z8×Z12 如何约束模型结构，并确保与实验数据的一致性？

主要发现

• 该模型成功重现了正常与倒置中微子质量谱系下观测到的轻子质量与混合角。
• 活性中微子质量通过单圈辐射 seesaw 机制生成，涉及重矢量双态的中性分量与左手 Majorana 中微子。
• 该模型预测了如 μ→eγ 与 τ→μγ 等带电轻子味违反过程的分支比，处于未来实验（如 Mu2e 与 COMET）的探测灵敏度范围内。
• 使用九个 SM 单态标量使得所有 Yukawa 耦合保持在单位量级，从而在无需微调的情况下解释费米子质量层级。
• 该模型与微扰幺正性及 246 GeV 能标下的电弱对称性自发破缺一致。
• 离散 flavor 对称群 S3×Z2×Z6×Z8×Z12 确保了质量矩阵的正确结构，并抑制了不必要的味改变过程。