[论文解读] Probing TeV Left-Right Seesaw at Energy and Intensity Frontiers: a Snowmass White Paper

P. S. Bhupal Dev, R. N. Mohapatra|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2013

Solar Radiation and Photovoltaics被引用 5

一句话总结

本文研究了TeV尺度的左右对称见标模型，作为通过类型-I见标机制自然生成微小中微子质量的框架，其中重-轻中微子混合增强。研究表明，此类模型在大型强子对撞机（LHC）（通过右手中性流和混合流贡献）以及强度前沿实验中均会产生可观测信号，包括μ→eγ和μ→3e中的轻子味破坏，以及抑制但仍可检验的无中微子双贝塔衰变。

ABSTRACT

We discuss ways to probe the origin of neutrino masses at the Energy and Intensity frontiers, in TeV-scale left-right seesaw models where small neutrino masses arise via type-I seesaw mechanism. We consider generic ('vanilla') version of such models as well as a version which leads to 'large' light-heavy neutrino mixing while keeping the neutrino masses small in a natural manner. We point out specific observable implications of these classes of models at the LHC as well as in searches for lepton flavor violating processes such as $μ o eγ$ and $μ o 3e$, and also in searches for lepton number violating neutrinoless double beta decay.

研究动机与目标

• 探索TeV尺度左右见标模型作为解决微小中微子质量难题的可行性。
• 识别由重-轻中微子混合引发的高能前沿（LHC）中独特的对撞机信号。
• 通过μ→eγ和μ→3e等轻子味破坏过程，研究强度前沿对见标机制的探测。
• 评估未来无中微子双贝塔衰变实验对模型参数空间的敏感度。
• 证明增强的重-轻混合可导致可观测的轻子味破坏信号，同时保持中微子质量自然微小。

提出的方法

• 构建一个通用的（‘经典’）左右对称模型，其中右手中微子质量为TeV尺度，并包含马约拉纳质量项。
• 引入一个变体模型（模型B），通过右手中微子质量矩阵的特定结构，在保持微小中微子质量的同时实现大的轻-重中微子混合。
• 评估LHC上的对撞机信号，重点关注右手中性流以及二玻色子和二轻子末态中新的右-左（RL）混合贡献。
• 利用包含$W_R$、$ u_R$和$ riangle^{++}$态的一圈图和树图，计算轻子味破坏过程的分支比。
• 推导无中微子双贝塔衰变的振幅，包括轻中微子交换、重马约拉纳中微子和$ riangle^{++}$玻色子的贡献。
• 应用当前对轻子味破坏和0νββ衰变的实验限制，约束模型参数，如$M_{W_R}$、$M_N$和$M_{ riangle^{++}}$。

实验结果

研究问题

• RQ1 在TeV尺度左右见标模型中，增强的重-轻中微子混合是否会导致LHC上超出标准右手中性流贡献的可观测信号？
• RQ2 在具有大轻-重混合的模型中，μ→eγ和μ→3e的预测分支比是多少？与当前实验限制相比如何？
• RQ3 在这些模型中，重马约拉纳中微子和$ riangle^{++}$玻色子对无中微子双贝塔衰变振幅的贡献如何？
• RQ4 强度前沿实验（如寻找轻子味破坏和0νββ衰变）能否探测TeV尺度左右见标模型的参数空间？
• RQ5 在模型B中，0νββ衰变振幅的抑制是否与当前及未来实验的灵敏度一致？

主要发现

• 在LHC中，二玻色子和二轻子末态的右-左（RL）混合贡献可超过标准右手中性流和左手中性流贡献，提供一种新颖的对撞机信号。
• 对于模型B，当$M_{W_R} = 3$ TeV且$M_{ riangle^{++}} = 1$ TeV时，μ→3e的预测分支比约为$3 \times 10^{-13}$，处于当前实验限制的可探测范围内。
• 当$M_{ riangle^{++}} \simeq 1$ TeV且$M_{W_R} \simeq 5$ TeV时，模型B中μ→eγ的分支比估计为$\sim 3 \times 10^{-15}$，与当前限制一致。
• 在模型B中，0νββ衰变振幅相比标准见标机制被抑制一个数量级，因此超出当前实验的探测能力。
• 当前实验限制表明右手中性流玻色子质量存在下限：当$M_N = 3$ TeV时，$M_{W_R} \geq 3.5$ TeV；当$M_{W_R} = 3.5$ TeV且$M_N = 3$ TeV时，$ riangle^{++}$质量的下限为$M_{ riangle^{++}} \geq 500$ GeV。
• 轻子味破坏过程的约束表明$M_N / M_{ riangle^{++}} \leq 0.1$，表明重中微子与双荷玻色子质量之间存在显著层级。