[论文解读] Radiative Neutrino Mass Models

Hiroaki Sugiyama|arXiv (Cornell University)|May 7, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本综述讨论了通过新希格斯 boson 的圈修正产生轻子中微子质量的辐射中微子质量模型，其中汤川耦合受中微子振荡数据的约束。该模型预测了轻子味破坏衰变（ℓ→ℓ₁ℓ₂ℓ₃）和单电荷希格斯 boson 的轻子衰变中独特的味结构，为对撞机提供了可检验的信号。

ABSTRACT

In this short review, we see some typical models in which light neutrino masses are generated at the loop level. These models involve new Higgs bosons whose Yukawa interactions with leptons are constrained by the neutrino oscillation data. Predictions about flavor structures of $\ell o \overline{\ell}_1 \ell_2 \ell_3$ and leptonic decays of new Higgs bosons via the constrained Yukawa interactions are briefly summarized in order to utilize such Higgs as a probe of $ν$ physics.

研究动机与目标

• 总结在圈图级别通过新希格斯 boson 产生中微子质量的关键辐射中微子质量模型。
• 利用中微子振荡数据约束新希格斯 boson 的汤川耦合。
• 预测轻子味破坏过程（ℓ→ℓ₁ℓ₂ℓ₃）和单电荷希格斯 boson 的轻子衰变中的味结构。
• 识别在对撞机中检验这些模型的可观测信号。
• 对不同模型（包括 Zee、Zee-Babu、Ma 及其他）的味依赖衰变模式进行比较概述。

提出的方法

• 根据圈阶数（1圈、2圈、3圈）和新粒子内容（单态/双态/三重态标量、右手中微子）对辐射中微子质量模型进行分类。
• 应用中微子振荡数据约束中微子质量矩阵的结构，并推导出对汤川耦合矩阵的约束。
• 利用受约束的汤川矩阵预测单电荷希格斯 boson（H⁻ → ℓν）的轻子衰变分支比以及轻子味破坏衰变（ℓ → ℓ₁ℓ₂ℓ₃）的分支比。
• 引入离散对称性（Z₂ 或全局 U(1)）以抑制味改变的中性流，并稳定最轻的带电希格斯粒子。
• 在不同模型（如 Zee、Zee-Babu、Ma、AKS、GNR、KS、KMS）之间比较 H⁻ 衰变分支比，分别考虑正常和倒序中微子质量排序。
• 利用味改变中性流的缺失和特定衰变级联结构，通过对撞机实验区分不同模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同辐射中微子质量模型如何在单电荷希格斯 boson 的轻子衰变中预测不同的味结构？
• RQ2 中微子振荡数据对这些模型中汤川耦合矩阵施加了何种约束？
• RQ3 离散对称性（Z₂ 或全局 U(1)）如何影响新希格斯态的衰变模式和稳定性？
• RQ4 在各种辐射中微子质量模型中，ℓ → ℓ₁ℓ₂ℓ₃ 衰变的预测分支比是多少？
• RQ5 在 Zee-Babu 和 NM 模型中，H⁻ → ℓν 衰变的味结构能否区分正常和倒序中微子质量排序？

主要发现

• 在 Zee 模型中，由于其汤川耦合矩阵的反对称结构，预测 BR(s⁻ → eₗνₗ) : BR(s⁻ → μₗνₗ + τₗνₗ) ≈ 1:1。
• 在 Zee-Babu 和 NM 模型中，正常质量排序下预测 BR(H⁻ → eₗνₗ) : BR(H⁻ → μₗνₗ) : BR(H⁻ → τₗνₗ) ≈ 2:5:5，倒序质量排序下为 2:1:1。
• 在 AKS 模型中，φ₂⁻ 主要衰变为 τₗνₗ，因其与第二希格斯双态的耦合生成了带电轻子质量。
• 在 GNR、KS 和 KMS 模型中，φ₂⁻ 衰变为 W⁻，导致带电轻子末态的分支比 e:μ:τ ≈ 1:1:1。
• 在 KNT 模型中，s₂⁻ 衰变为 τₗψᴿ⁰ 的过程因 mμ/mτ 的层级关系而高度抑制，因此不可观测。
• 在 GNR 模型中，s⁻ 通过与 φ₂⁻ 混合衰变为 W⁻，导致其衰变中 e:μ:τ 的味比与 φ₂⁻ 衰变相同，均为 1:1:1。