[论文解读] Minimal predictive see-saw model with normal neutrino mass hierarchy

Stephen F. King|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2013

Neutrino Physics Research参考文献 16被引用 16

一句话总结

该论文提出了一种具有正常中微子质量顺序的最小双右手中微子见-萨模型，其中主导的纹理零（对电子中微子无耦合）将重子生成与CP破坏联系起来。该研究推导出一个主公式，将Yukawa耦合与物理可观测量联系起来，识别出一种简单且可预测的模式：大气中微子质量来自耦合(0,1,1)，太阳中微子质量来自(1,1,3)或(1,3,1)，相对相位为±π/3，从而导致三重最大-卡比博混合，且δ ≈ ±π/2，m₁ = 0。

ABSTRACT

We consider the type I see-saw model with two right-handed neutrinos and a normal neutrino mass hierarchy and impose a zero coupling between the right-handed neutrino mainly responsible for the atmospheric neutrino mass and the electron neutrino. We derive a master formula which relates see-saw input parameters in a one to one correspondence with physical neutrino observables. Using the master formula we search for simple ratios of couplings consistent with current data on neutrino mass and lepton mixing. We discover a minimal predictive example in which the right-handed neutrino mainly responsible for the atmospheric neutrino mass has couplings to (nu_e, nu_mu, nu_tau) proportional to (0,1,1) and the right-handed neutrino mainly responsible for the solar neutrino mass has couplings to (nu_e, nu_mu, nu_tau) proportional to (1,1,3) or (1,3,1), with a relative phase eta = -/+ pi/3, providing the link between leptogenesis and CP violation in neutrino oscillation experiments. We show how these patterns of couplings could arise from an A_4 family symmetry model of leptons which predicts all the PMNS parameters in terms of the neutrino mass ratio m_2/m_3, corresponding to approximate Tri-bimaximal-Cabibbo mixing, accurate to one degree, with the prediction delta = +/- pi/2.

研究动机与目标

• 构建一个具有正常中微子质量顺序的最小双右手中微子见-萨模型，以解释当前的中微子振荡数据。
• 识别与观测到的中微子质量及混合角一致的简单Yukawa耦合比。
• 通过特定的相对相位，将中微子振荡中的CP破坏与重子生成联系起来。
• 通过A₄×Z₃¹⁰家族对称性实现该模型，其中包含自发CP破坏。
• 从单一输入参数——中微子质量比m₂/m₃——预测所有PMNS参数。

提出的方法

• 推导出在双右手中微子模型中，将见-萨输入参数与物理中微子可观测量联系起来的主公式。
• 施加主导纹理零（对电子中微子无耦合）以减少参数数量，并与物理约束关联。
• 利用主公式搜索与当前关于θ₁₃、θ₂₃、θ₁₂和m₂/m₃数据一致的简单耦合比。
• 识别出一个最小解，其耦合为(0,1,1)和(1,1,3)或(1,3,1)，相对相位为η = ∓π/3。
• 通过F-项对齐构建A₄×Z₃¹⁰家族对称性模型，以实现所需的标量场对齐(0,1,1)和(1,3,1)。
• 表明自发CP破坏固定了相位η = ∓π/3，从而导致δ ≈ ±π/2且m₁ = 0。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个具有正常顺序的最小双右手中微子见-萨模型能否仅从单一输入参数预测所有PMNS参数？
• RQ2 哪些简单的Yukawa耦合模式与当前中微子振荡数据及纹理零条件一致？
• RQ3 如何在最小见-萨模型中将中微子振荡中观测到的CP破坏与重子生成联系起来？
• RQ4 能否通过具有自发CP破坏的家族对称性模型实现三重最大-卡比博混合模式？
• RQ5 该模型预测m₁ = 0且δ ≈ ±π/2的宇宙学与现象学后果是什么？

主要发现

• 该模型识别出一个最小可预测解，其Yukawa耦合为(0,1,1)和(1,1,3)或(1,3,1)，相对相位为η = ∓π/3，与当前数据一致。
• 该模型预测三重最大-卡比博混合在一度以内，θ₁₂ ≈ 34°，θ₂₃ ≈ 45°，θ₁₃ ≈ 9.15°。
• 它预测CP相位δ ≈ ±π/2，这将在未来的中微子实验中可检验。
• 该模型完全由中微子质量比m₂/m₃实现PMNS矩阵，且m₁ = 0。
• A₄×Z₃¹⁰家族对称性模型通过F-项对齐和自发CP破坏实现了所需的标量场对齐。
• 该模型预测无中微子双贝塔衰变矩阵元极小，mββ ≈ 2.5×10⁻³ eV，未来实验可能将其排除。