[论文解读] Large heta_{13}^{MNS} and Quark-Lepton Mass Ratios in Unified Flavour Models

Stefan Antusch, Vinzenz Maurer|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 2

一句话总结

本文提出了一种统一味模型中的机制，通过规范轻子修正生成较大的轻子混合角 θ₁₃ᴹᴺ🇸，利用非对称质量矩阵中的新颖克莱布希-戈登因子组合。该机制预测的 θ₁₃ᴹᴺ🇸 值为 5.1°、6.1°、7.6° 或 10.1°，与实验暗示一致，同时在 SU(5) 大统一理论和帕蒂-萨兰德模型中保持了前两代夸克-轻子质量比的可行性。

ABSTRACT

We analyse how a large value of the leptonic mixing angle heta_{13}^{MNS} can be generated via charged lepton corrections in unified flavour models, using novel combinations of Clebsch-Gordan factors for obtaining viable quark-lepton mass ratios for the first two families. We discuss how these Clebsch-Gordan factors affect the relations between down-type quark mixing and charged lepton mixing in SU(5) GUTs and Pati-Salam unified models and calculate the resulting possible predictions for heta_{13}^{MNS} for models with heta_{13}^ u, heta_{13}^e << heta_{12}^e. While symmetric mass matrices with zero (1,1)-elements always lead to comparatively small heta_{13}^{MNS} \approx 2.8 degrees, we find novel combinations of Clebsch-Gordan factors for non-symmetric mass matrices which can yield heta_{13}^{MNS} \approx 5.1 degrees, 6.1 degrees, 7.6 degrees or 10.1 degrees, as favoured by the current experimental hints for large heta_{13}^{MNS}. We discuss applications to classes of models with underlying tri-bimaximal or bimaximal mixing in the neutrino sector.

研究动机与目标

• 在统一味模型中解释实验观测到的轻子混合角 θ₁₃ᴹᴺ🇸 的大值。
• 识别能够同时重现前两代夸克-轻子质量比的克莱布希-戈登因子的可行组合。
• 探讨这些因子如何影响 SU(5) 大统一理论和帕蒂-萨兰德模型中下型夸克混合与带电轻子混合之间的关系。
• 确定非对称质量矩阵是否能产生比对称矩阵更大的 θ₁₃ᴹᴺ🇸，因为对称矩阵的上限约为 ≈2.8°。
• 评估该模型与三最大混合或双最大混合中微子混合模式的相容性。

提出的方法

• 基于 SU(5) 大统一理论和帕蒂-萨兰德规范群的统一味模型，推导夸克和轻子的质量矩阵。
• 利用新颖的克莱布希-戈登因子组合构建非对称质量矩阵，通过带电轻子修正实现增强的 θ₁₃ᴹᴺ🇸。
• 在假设 θ₁₃ᵘ, θ₁₃ᵉ ≪ θ₁₂ᵉ 的前提下，计算由此产生的 θ₁₃ᴹᴺ🇸 值，重点关注带电轻子混合的主导贡献。
• 将具有零 (1,1)-元的对称质量矩阵的预测与非对称矩阵的预测进行比较，以分离矩阵非对称性的作用。
• 分析克莱布希-戈登因子在统一框架中对夸克与轻子混合角之间相互作用的影响。
• 将模型预测与当前关于大 θ₁₃ᴹᴺ🇸 的实验暗示进行对比，特别关注三最大混合和双最大混合中微子混合的背景。

实验结果

研究问题

• RQ1 在统一味模型中，具有特定克莱布希-戈登因子组合的非对称质量矩阵能否生成大的 θ₁₃ᴹᴺ🇸？
• RQ2 所选的克莱布希-戈登因子如何影响 SU(5) 和帕蒂-萨兰德模型中下型夸克混合与带电轻子混合之间的关系？
• RQ3 在保持前两代夸克-轻子质量比可行的前提下，此类模型中可实现的 θ₁₃ᴹᴺ🇸 最大值是多少？
• RQ4 在 θ₁₃ᴹᴺ🇸 方面，具有零 (1,1)-元的对称矩阵与非对称矩阵的预测相比如何？
• RQ5 该模型能否同时容纳大的 θ₁₃ᴹᴺ🇸 和三最大混合或双最大混合中微子混合模式？

主要发现

• 具有零 (1,1)-元的对称质量矩阵预测的 θ₁₃ᴹᴺ🇸 约为 2.8 度，不足以解释当前的实验暗示。
• 在非对称质量矩阵中，通过新颖的克莱布希-戈登因子组合，可得到 θ₁₃ᴹᴺ🇸 值为 5.1°、6.1°、7.6° 或 10.1°，均与实验数据一致。
• 这些增强的值源于对克莱布希-戈登因子特定结构敏感的带电轻子修正。
• 该模型在实现大 θ₁₃ᴹᴺ🇸 的同时，成功保持了前两代夸克-轻子质量比的可行性。
• 结果与中微子扇区中的三最大混合或双最大混合模式相容，具体取决于克莱布希-戈登因子的选择。
• 本研究表明，非对称质量矩阵在统一味模型中实现大 θ₁₃ᴹᴺ🇸 是必不可少的，因为对称矩阵本身存在固有限制。