[论文解读] Leptogenesis from low energy CP violation in minimal left-right symmetric model

Xinyi Zhang|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2021

Neutrino Physics Research参考文献 59被引用 1

一句话总结

本文提出了一种在最小左右对称模型（MLRSM）中实现热轻子生成的机制，其中低能CP破坏（具体为混合矩阵中的狄拉克相位和马格纳相位）作为生成宇宙观测到的重子不对称性的唯一来源。通过在轻子雅可比规范中保持未破缺的左右对称性，中微子狄拉克耦合矩阵完全由低能中微子参数决定，消除了任意的高能相位。对玻尔兹曼方程的数值求解证实，成功的轻子生成是可行的，在某些情况下仅狄拉克CP相位即足够；该模型的可行性可通过下一代无中微子双贝塔衰变实验进行检验。

ABSTRACT

<strong>Parallel Contributed Talk</strong> at the<br> "XIX International Workshop on Neutrino Telescopes"<br> on line - 18-26 February, 2021

研究动机与目标

• 探讨低能中微子混合矩阵中的CP破坏是否可在不引入额外高能CP破坏源的情况下生成宇宙观测到的重子不对称性。
• 研究在保持未破缺左右对称性的最小左右对称模型（MLRSM）中，CP破坏相位（狄拉克相位与马格纳相位）在热轻子生成中的作用。
• 确定当轻子雅可比规范中保持左右对称性时，中微子狄拉克耦合矩阵是否可完全由低能中微子参数决定。
• 考察低能CP破坏、成功轻子生成与在无中微子双贝塔衰变实验中探测该模型前景之间的相互作用。
• 评估类型I与类型II seesaw机制在通过重中微子和左手三重态标量的CP破坏衰变生成重子不对称性方面的可行性。

提出的方法

• 在轻子雅可比规范中施加未破缺的左右对称性，将该对称性识别为广义宇称（P）或电荷共轭（C），从而完全由低能中微子质量与混合角确定中微子狄拉克耦合矩阵。
• 使用玻尔兹曼方程对热的、非味轻子生成过程进行分析，以追踪重中微子与轻子不对称性密度的演化。
• 考虑两种不同的轻子不对称性来源：重右手中微子的衰变与左手希格斯三重态标量的衰变。
• 对多种质量谱与CP相位配置下的玻尔兹曼方程进行数值求解，涵盖类型I、类型II或混合类型I+II seesaw主导的情况。
• 利用来自两体衰变及涉及规范玻色子（W、Z、H）和费米子（顶夸克、右手中微子）的散射过程的速率密度，结合缩减截面与热相空间因子。
• 将重中微子质量谱固定为mN2 = 2mN1，mN3 = 3mN1，以隔离CP相位的影响，同时通过调节最轻中微子质量与CP相位来实现观测到的重子不对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最小左右对称模型中，仅靠中微子混合矩阵中的低能CP破坏是否可生成宇宙观测到的重子不对称性？
• RQ2 当中微子狄拉克耦合矩阵完全由低能参数决定时，狄拉克与马格纳CP相位在热轻子生成成功中的作用是什么？
• RQ3 在未破缺左右对称性的条件下，重右手中微子与左手希格斯三重态标量的衰变如何贡献于轻子不对称性？
• RQ4 成功的轻子生成对模型可行参数空间施加了何种约束，特别是与最轻中微子质量及CP相位的关系？
• RQ5 能否在下一代无中微子双贝塔衰变实验中探测到该模型，该模型通过低能CP破坏解释轻子生成？

主要发现

• 低能CP破坏——具体为中微子混合矩阵中的狄拉克相位与马格纳相位——可在最小左右对称模型中成功生成宇宙观测到的重子不对称性。
• 在某些参数区域中，仅狄拉克CP相位即可产生所需的轻子不对称性，无需额外的高能CP破坏相位。
• 对玻尔兹曼方程的数值求解证实，观测到的重子不对称性（YB ≈ 8.72 × 10−11）在多种中微子质量谱与CP相位值下均可实现。
• 即使最轻中微子质量被固定在0.01 eV，该模型仍保持可行性，且通过CP相位与质量顺序可调节重子不对称性。
• 低能CP破坏、轻子生成与无中微子双贝塔衰变之间的相互作用表明，成功实现轻子生成的可行模型可在下一代无中微子双贝塔衰变实验中被探测。
• 重中微子质量谱对不对称性生成的时间与幅度有显著影响，但当CP相位适配时，轻子生成的整体成功性在不同层次谱中均保持稳健。