[论文解读] Lepton number and lepton flavour violation in left-right symmetric theories

James Barry, Werner Rodejohann|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在左右对称模型中，当类型 I seesaw 在 TeV 能标下占主导地位时，λ-图和η-图对无中微子双贝塔衰变的贡献。研究识别出这些图显著增强衰变半衰期的参数区域，同时通过轻子味破坏可观测量对它们进行了严格约束。

ABSTRACT

The various diagrams leading to neutrinoless double beta decay in the left-right symmetric model have different relative magnitudes, depending on the scale of new physics. Neutrinos acquire mass from both type I and/or type II seesaw terms, making an unambiguous analysis difficult. We study the half-life for double beta decay in the case of type II and type I dominance, in the former case including interference terms. If the heavy neutrinos of the type I seesaw model are at the TeV scale, certain processes can be enhanced. In particular, there are regions of parameter space in which the so-called lambda- and eta-diagrams can give sizable contributions to the half-life for the decay. We perform a detailed study of one such scenario, paying careful attention to constraints from lepton flavour violation.

研究动机与目标

• 分析各种费曼图（特别是 λ-图和 η-图）在左右对称理论中对无中微子双贝塔衰变的相对贡献。
• 研究在 TeV 能标下类型 I seesaw 占主导时对无中微子双贝塔衰变半衰期的影响。
• 在轻子数破坏的背景下，研究类型 I 和类型 II seesaw 机制之间的干涉效应。
• 利用轻子味破坏过程（如 μ→eγ）的实验限制来约束模型参数。
• 识别出 λ-图和 η-图对衰变速率有显著贡献的可行参数区域。

提出的方法

• 构建包含类型 I 和类型 II seesaw 贡献的左右对称模型中无中微子双贝塔衰变的有效哈密顿量。
• 评估 λ-图和 η-图对衰变振幅的贡献，包括类型 I 和类型 II seesaw 机制之间的干涉项。
• 应用 seesaw 机制计算轻子中微子质量矩阵，假设类型 I seesaw 占主导，且重 Majorana 中微子位于 TeV 能标。
• 使用 GIM 机制和 GIM 类似抑制来估计轻子味破坏过程（如 μ→eγ）的大小。
• 应用来自轻子味破坏的严格限制来约束模型参数，特别是轻子与重中微子之间的混合。
• 在参数空间中进行数值扫描，以识别出 λ-图和 η-图主导衰变振幅的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在左右对称模型中，λ-图和 η-图对无中微子双贝塔衰变半衰期的相对贡献是什么？
• RQ2 类型 I 和类型 II seesaw 机制之间的干涉项如何影响衰变振幅和半衰期？
• RQ3 当重中微子位于 TeV 能标时，λ-图和 η-图在哪些参数空间区域主导衰变振幅？
• RQ4 来自轻子味破坏实验限制（如 μ→eγ）如何约束 TeV 能标下类型 I seesaw 情况的模型参数？
• RQ5 在轻子味破坏的现实约束下，λ-图和 η-图是否能显著增强无中微子双贝塔衰变的半衰期？

主要发现

• 当类型 I seesaw 在 TeV 能标下占主导时，λ-图和 η-图可对无中微子双贝塔衰变半衰期产生显著贡献。
• 在某些参数区域，类型 I 和类型 II seesaw 项之间的干涉增强了衰变振幅，导致半衰期缩短。
• 由于干涉增强和图贡献的增强，半衰期可显著短于标准类型 II seesaw 情况。
• 来自轻子味破坏过程（尤其是 μ→eγ）的约束强烈限制了轻子与重中微子之间的混合，从而缩小了可行参数空间。
• 尽管存在这些约束，仍存在参数空间区域，使得 λ-图和 η-图占主导，并导致半衰期可被下一代双贝塔衰变实验探测到。
• 只要重中微子质量标度接近 TeV 能标且混合足够抑制，该模型在当前实验限制下仍保持可行。