[论文解读] Implications of $A_4$ modular symmetry on Neutrino mass, Mixing and Leptogenesis with Linear Seesaw

Mitesh Kumar Behera, Subhasmita Mishra+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2020

Neutrino Physics Research被引用 9

一句话总结

该论文提出了一种在超对称线性 seesaw 模型中具有 $A_4$ 模形式对称性的框架，以生成极小的中微子质量并实现现实的混合角。通过使用变换为 $A_4$ 三重态的权为 2 的模形式，Yukawa 耦合动态地生成了味结构，而无需引入 flavon 场，成功重现了观测到的 $3\sigma$ 中微子混合参数，并通过有味的轻子生成机制实现了约为 $10^{-10}$ 的重子不对称性。

ABSTRACT

The present work is inspired by the application of $A_4$ modular symmetry in the linear seesaw framework, which restricts the use of multiple flavon fields. Linear seesaw is realized with six heavy $SU(2)_L$ singlet fermion superfields and a weighton in a supersymmetric framework. The non-trivial transformation of Yukawa couplings under the $A_4$ modular symmetry helps to explore the neutrino phenomenology with a specific flavor structure of the mass matrix. We discuss the phenomena of neutrino mixing and show that the obtained mixing angles and CP violating phase in this framework are compatible with the observed $3σ$ range of the current oscillation data. In addition, we also investigate the non-zero CP asymmetry from the decay of lightest heavy fermion superfield to explain the preferred phenomena of baryogenesis through leptogenesis including flavor effects.

研究动机与目标

• 构建一个具有 $A_4$ 模形式对称性的超对称线性 seesaw 模型，以解释极小的中微子质量和混合角。
• 通过使用模形式生成味结构，消除对多个 flavon 场的需求。
• 在中微子振荡数据的 $3\sigma$ 范围内重现观测到的中微子混合角和 CP 相位。
• 研究该模型中考虑味效应的轻子生成是否可能成功。
• 识别重的伪狄拉克中微子的对撞机信号，例如三轻子末态加缺失能量。

提出的方法

• 利用 $A_4$ 模形式对称性，通过权为 2 的模形式约束 Yukawa 耦合，其中 $\Gamma(3) \cong A_4$。
• 使用 Dedekind eta 函数及其导数，将 $A_4$ 三重态 Yukawa 耦合 $y_1(\tau), y_2(\tau), y_3(\tau)$ 表示为模参数 $\tau$ 的全纯函数。
• 通过六个重的 $SU(2)_L$ 味 singlet 费米子超多重态和一个单一模参数 $\tau$ 实现线性 seesaw。
• 实施 $A_4$ 变换规则：$\phi^{(I)} \to (c\tau + d)^{-k_I} \rho^{(I)}(\gamma)\phi^{(I)}$，确保拉格朗日量的模形式不变性。
• 通过真空期望值固定模参数 $\tau$，以打破模形式对称性并生成质量纹理。
• 计算最轻的重费米子超多重态衰变中的 CP 不对称性，包括轻子生成中的味效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有线性 seesaw 框架的 $A_4$ 模形式对称性下，是否能够将观测到的中微子混合角和 CP 相位限制在 $3\sigma$ 边界内？
• RQ2 Yukawa 耦合的模形式结构如何消除对多个 flavon 场的需求？
• RQ3 最轻的重费米子超多重态衰变中生成的 CP 不对称性量级是多少？其是否足以解释观测到的宇宙重子不对称性？
• RQ4 在该模型中，味效应如何增强轻子生成中的 CP 不对称性？
• RQ5 该模型所预测的重的伪狄拉克中微子具有哪些独特的对撞机信号？

主要发现

• 该模型成功地在当前振荡数据的 $3\sigma$ 范围内重现了观测到的中微子混合角和 CP 破坏相位。
• 最轻的重费米子超多重态衰变中计算得到的 CP 不对称性为 $\varepsilon \sim 10^{-10}$，足以解释观测到的宇宙重子不对称性。
• 味效应增强了 CP 不对称性，提高了该模型中轻子生成的效率。
• 该模型通过使用变换为 $A_4$ 的模参数 $\tau$ 的模形式，避免了使用多个 flavon 场，从而生成了所需的味结构。
• 重的伪狄拉克中微子预测了独特的对撞机信号：三轻子末态加缺失能量，对混合和质量参数敏感。
• 变换为 $A_4$ 三重态的 Yukawa 耦合由 Dedekind eta 函数及其导数构造，权为 2；而 $A_4$ 味 singlet 要求 $-k=4$。