[论文解读] Radiative Seesaw Model with Non-zero $ heta_{13}$ and Warm Dark Matter Scenario

Ping-Kai Hu|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2012

Cosmology and Gravitation Theories被引用 3

一句话总结

本文利用非零 θ₁₃ 的最新实验数据，重新审视了 Ma 的辐射 seesaw 模型，探讨其在冷暗物质（CDM）和暖暗物质（WDM）情景下的可行性。研究发现，通过热产生机制结合 N₂ 粒子衰变引起的熵稀释，可以实现遗迹丰度，要求满足 M₁ < M₂ < m₀，同时受到 μ → eγ 和遗迹密度的强烈约束，但该模型不足以解释 muon g−2 异常。

ABSTRACT

With updated experiment result, we study Ma's radiative seesaw model. We try to use fewer assumptions to study the feasibility of this model. Both CDM and WDM scenario are taken into consideration. In CDM scenario, the fitting of relic abundance shows that a mass spectrum M_1 < m_0 < M_2 is preferred if theory remains perturbability. By studying the flavour violation process \mu ightarrow e \gamma and relic density abundance, we get very strong constraint for the model. In addition, we try to explain muon anomaly a_{\mu} \equiv (g-2)/2 within the model, but the contribution induced by new particles is too small to account for the discrepancy. In WDM scenario, We show that relic abundance can be produced by thermal production with subsequent entropy dilution process. The entropy dilution can be attained by N_2 decay in which a mass spectrum M_1 < M_2 < m_0 is required.

研究动机与目标

• 根据 Daya Bay 实验测得的非零 θ₁₃，重新评估 Ma 的辐射 seesaw 模型。
• 评估该模型在冷暗物质（CDM）和暖暗物质（WDM）情景下的可行性。
• 利用如 μ → eγ 等味破坏过程以及遗迹密度测量结果，对模型的参数空间施加约束。
• 检验该模型是否能够解释观测到的 muon g−2 异常。
• 证明在无需引入额外粒子的前提下，可通过 N₂ 衰变实现 WDM 的熵稀释。

提出的方法

• 利用更新后的 θ₁₃ 数据和 PMNS 混合矩阵重构中微子质量矩阵。
• 在 WDM 情景下应用热产生与熵稀释机制，以生成正确的遗迹丰度。
• 利用 Z₂ 对称性使最轻的马约拉纳费米子 N₁ 稳定，作为暗物质候选者。
• 在 CDM 和 WDM 假设下，通过数值拟合遗迹密度，考虑共湮灭和混合效应。
• 利用包含 N₁、N₂ 和标量双态 η 的单圈图，评估味破坏过程如 μ → eγ。
• 分析模型中新增粒子对 muon 异常磁矩（g−2）的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在非零 θ₁₃ 条件下，辐射 seesaw 模型能否在 CDM 和 WDM 情景下重现正确的遗迹丰度？
• RQ2 在遗迹密度和微扰性约束下，哪种质量谱序（M₁ < m₀ < M₂ 或 M₁ < M₂ < m₀）更受青睐？
• RQ3 μ → eγ 衰变过程对模型参数空间的约束有多强？
• RQ4 该模型能否解释观测到的 muon g−2 异常？
• RQ5 在不引入额外粒子的前提下，该模型能否实现 WDM 的熵稀释？其衰变机制是什么？

主要发现

• 在 CDM 情景下，M₁ < m₀ < M₂ 的质量谱序更受青睐，以维持微扰性并符合观测到的遗迹密度。
• μ → eγ 过程对模型施加了极强的约束，显著限制了允许的参数空间。
• 模型中新增粒子对 muon g−2 的贡献过小，不足以解释观测到的偏差。
• 在 WDM 情景下，通过热产生结合 N₂ 衰变引起的熵稀释，可实现正确的遗迹丰度，要求满足 M₁ < M₂ < m₀。
• 熵稀释可在模型内部通过 N₂ 衰变实现，无需引入额外的标量单重态或再加热粒子。
• 该模型的可行性受到味改变过程和遗迹密度的显著约束，尤其在非零 θ₁₃ 条件下。