[论文解读] Neutrino Textures in the Light of Super-Kamiokande Data and a Realistic String Model

J. Ellis, G.K. Leontaris+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 1998

Neutrino Physics Research被引用 5

一句话总结

本文研究了在见及机制下中微子质量纹理，结合超级神冈大气中微子数据与一个现实的翻转SU(5)弦导出模型。结果表明，大混合角可与质量层次共存，重整化群效应可放大混合角，且小角与大角MSW解均具有可行性，所提出的弦基框架下质量层次比近简并更自然。

ABSTRACT

Motivated by the Super-Kamiokande atmospheric neutrino data, we discuss possible textures for Majorana and Dirac neutrino masses within the see-saw framework. The main purposes of this paper are twofold: first to obtain intuition from a purely phenomenological analysis, and secondly to explore to what extent it may be realized in a specific model. We comment initially on the simplified two-generation case, emphasizing that large mixing is not incompatible with a large hierarchy of mass eigenvalues. We also emphasize that renormalization-group effects may amplify neutrino mixing, presenting semi-analytic expressions for estimating this amplification. Several examples are then given of three-family neutrino mass textures which may also accommodate the persistent solar neutrino deficit, with different assumptions for the neutrino Dirac mass matrices. We comment on a few features of neutrino mass textures arising in models with a U(1) flavour symmetry. Finally, we discuss the possible pattern of neutrino masses in a `realistic' flipped SU(5) model derived from string theory, illustrating how a desirable pattern of mixing may emerge. Both small- or large-angle MSW solutions are possible, whilst a hierarchy of neutrino masses appears more natural than near-degeneracy. This model contains some unanticipated features that may also be relevant in other models: the neutrino Dirac matrices may not be related closely to the quark mass matrices, and the heavy Majorana states may include extra gauge-singlet fields.

研究动机与目标

• 理解超级神冈大气中微子数据对中微子质量纹理的唯象学影响。
• 探讨是否能从一个现实的弦导出模型（特别是翻转SU(5) GUT）中自然产生可行的中微子质量模式。
• 研究重整化群效应在放大中微子混合角中的作用。
• 评估中微子纹理与太阳中微子亏损问题通过MSW解的相容性。
• 研究具有U(1)味对称性的模型中狄拉克与马约拉纳质量矩阵的结构及其对混合的影响。

提出的方法

• 在见及机制下分析两代与三家族中微子质量纹理，以拟合大气与太阳中微子数据。
• 应用半解析表达式估算重整化群演化对中微子混合角放大的程度。
• 构建一个从弦理论导出的现实翻转SU(5)模型，嵌入包含重马约拉纳态的见及机制。
• 在U(1)味对称性背景下研究狄拉克与马约拉纳质量矩阵的结构，以约束纹理模式。
• 评估弦导出模型中得到的中微子混合模式与质量层次，与实验约束进行比较。
• 在模型框架内同时考虑太阳中微子问题的小角与大角MSW解。

实验结果

研究问题

• RQ1 大中微子混合角是否能与中微子本征态质量的显著层次共存？
• RQ2 在见及机制框架下，重整化群演化能在多大程度上放大中微子混合角？
• RQ3 一个现实的弦导出翻转SU(5)模型是否能自然产生观测到的中微子质量纹理与混合模式？
• RQ4 U(1)味对称性如何影响中微子质量矩阵的结构及其导致的混合纹理？
• RQ5 在此类模型中，质量层次谱是否比近简并态更自然？

主要发现

• 大中微子混合角与质量本征态间的显著层次相容，挑战了‘大混合角意味着近简并’的假设。
• 重整化群效应可显著放大中微子混合角，文中提供了半解析表达式以估算该增强效应。
• 在所提出的模型框架中，太阳中微子亏损问题的小角与大角MSW解均具有可行性。
• 在翻转SU(5)弦模型的背景下，发现质量层次谱比近简并态更自然。
• 该模型揭示了出人意料的特征：中微子狄拉克质量矩阵与夸克质量矩阵无紧密关联，且重马约拉纳态包含额外的规范singlet场。
• 弦导出模型中得到的中微子纹理模式成功拟合了大气中微子数据与太阳中微子亏损问题。