[论文解读] Light Sterile Neutrino Mass Matrix with Texture Zero and a Vanishing Mass

Newton Nath, Monojit Ghosh+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2015

Neutrino Physics Research参考文献 22被引用 3

一句话总结

本文提出了一种在3+1框架下的4×4中微子质量矩阵——在三个活性中微子的基础上扩展一个eV量级的惰性中微子——具有一个纹理零和一个零质量。通过分析在这些约束下的所有可能的一纹理零结构，识别出七个在现象学上可行的纹理，揭示了惰性混合参数与有效马约拉纳质量之间的关联，对短基线振荡和宇宙学具有重要意义。

ABSTRACT

We present a detailed analysis and phenomenological implications of a singular neutrino mass matrix $M_{ u}$ with one-zero texture in the flavor basis where the active neutrino sector is extended by one sterile neutrino. Observations of short-baseline neutrino oscillation experiments require the existence of one or more eV scale sterile neutrinos. The minimal scheme that can fit the data and consistent with the cosmological observations, is where the active neutrino sector is extended by one light sterile neutrino, heavier than the three active neutrinos. In this 3+1 scenario, the low energy neutrino mass matrix $M_{ u}$ is a $4 imes 4$ matrix and has 10 independent elements. Thus it can have 10 possible one-zero textures. With the assumption of one vanishing neutrino mass and a texture zero, we find that only seven of these $M_{ u}$ are phenomenologically allowed by the current neutrino oscillation data. We also study the correlations between the sterile mixing parameters of these allowed textures and their phenomenological implications on the effective Majorana mass.

研究动机与目标

• 探索在3+1框架下，具有一个纹理零和一个零质量的4×4中微子质量矩阵的现象学可行性。
• 识别出10种可能的一纹理零结构中，哪些与当前短基线中微子振荡数据一致。
• 研究在可行纹理中，惰性混合参数与有效马约拉纳质量之间的关联。
• 评估所提出的惰性中微子模型在宇宙学上的一致性。

提出的方法

• 在味基下构建一个具有一个纹理零和一个零本征值的4×4中微子质量矩阵 $M_{\nu}$。
• 应用短基线中微子振荡数据的约束，筛选出可行的一纹理零结构。
• 利用3+1中微子混合框架，将质量矩阵结构与混合角和质量劈裂联系起来。
• 对每种可行纹理计算有效马约拉纳质量，以评估其对无中微子双贝塔衰变的影响。
• 在给定约束下，对质量矩阵的参数空间进行系统扫描。
• 将预测结果与宇宙学中对惰性中微子丰度和质量的限制进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有一个零质量的4×4中微子质量矩阵中，10种可能的一纹理零结构中，哪些与当前短基线中微子振荡数据一致？
• RQ2 在现象学允许的纹理中，惰性混合参数如何与有效马约拉纳质量相关联？
• RQ3 可行纹理的宇宙学影响是什么，特别是关于惰性中微子的过度产生？
• RQ4 纹理零和零质量的约束是否能将3+1模型的参数空间缩减为一个物理上可行的子集？
• RQ5 在允许纹理中的混合模式如何影响对无中微子双贝塔衰变的预测？

主要发现

• 在4×4质量矩阵中，10种可能的一纹理零结构中仅有七种在当前短基线中微子振荡数据约束下具有现象学可行性。
• 可行纹理表现出惰性混合角与有效马约拉纳质量之间的显著关联，未来实验可予以探测。
• 假设一个中微子质量为零显著减少了可行纹理的数量，从而增强了理论的可预测性。
• 允许的纹理与宇宙学观测一致，特别是在抑制惰性中微子过度产生方面。
• 可行纹理中的有效马约拉纳质量范围仍处于未来无中微子双贝塔衰变实验的探测灵敏度之内。
• 纹理零结构对混合矩阵施加了非平凡的约束，特别是在惰性分量中，减少了参数空间中的简并性。