[论文解读] Scale invariant radiative neutrino mass model

Daijiro Suematsu|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2026

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一句话总结

该论文提出了一个带保守对称性的尺度不变的 Scotogenic 模型，其中不活性双重态和右手中微子质量来自单重标量经 Coleman-Weinberg 机制，从而产生一个轻暗物质候选者并实现共振性 leptogenesis。

ABSTRACT

We propose a scale invariant radiative neutrino mass model with custodial symmetry. Masses of an inert doublet scalar and right-handed neutrinos are induced by a vacuum expectation value (VEV) of a singlet scalar caused through the Coleman-Weinberg mechanism. It violates spontaneously both the custodial symmetry and the scale invariance. The weak scale can take a suppressed value compared with the singlet scalar VEV because of the custodial symmetry. In this framework we study phenomenological consequences for neutrino mass, dark matter and baryon number asymmetry. Since the required dark matter abundance cannot be explained by a neutral component of the inert doublet scalar, the lightest right-handed neutrino should be dark matter. Mass of the dark matter is predicted to be less than $O(1)$ MeV and baryon number asymmetry could be explained through resonant leptogenesis.

研究动机与目标

• 解释在带保守对称性的尺度不变框架中如何从较高的中间尺度诱导弱尺度
• 展示不活性双重态和右手中微子质量如何来自单重标量的自洽真空期望值并研究由此产生的表型学
• 在该设定下研究中微子质量生成、暗物质可行性和通过 leptogenesis 的重子不对称性
• 证明与中微子振荡数据的一致性并识别 DM 候选者及质量范围

提出的方法

• 通过加入两个真实的单重标量并施加 Z2、经典尺度不变性，以及 SO(5) 守恒对称性来扩展 Scotogenic 模型
• 重写标量势以反映守恒约束，并在尺度不变背景下分析本征质量
• 利用 Coleman-Weinberg 机制为单重场产生非零的 VEV，从而诱导 η 和 N_j 的质量
• 计算一阶有效势 V_eff 并推导与标准 Scotogenic 势的匹配条件
• 对标量耦合在 Planck 规模边界条件下求解 RGEs 以实现受抑制的弱尺度 v_H << v_φ
• 通过 η 和 N_j 的一环图生成中微子质量，并应用类三重极化样 Yukawa 结构以拟合振荡数据
• 评估暗物质候选者，聚焦 N1 作为 DM 并讨论冷却前生产与 leptogenesis
• 分析通过近简并的 N2、N3 质量实现的共振性 leptogenesis 条件

实验结果

研究问题

• RQ1 保守的 SO(5) 对称性结合经典尺度不变性是否能够从较高的中间尺度生成电弱尺度？
• RQ2 在该尺度不变框架中，η 与 N_j 哪些场可以作为暗物质，允许的质量范围是？
• RQ3 在该模型的放射性机制中中微子质量如何产生，是否能拟合振荡数据？
• RQ4 考虑模型中的质量简并与耦合，是否能够通过共振 leptogenesis 解释重子不对称性？

主要发现

• 该模型通过单重标量 VEV 的对守恒对称性辐射性破缺（v_φ 约 7.9 TeV 在基准点）实现了受抑制的弱尺度 v_H
• 最轻右手中微子 N1 是暗物质候选者，质量上限约在 O(MeV) 区间，以满足遗传密度约束
• N2 和 N3 可以近乎简并，从而实现共振 leptogenesis 来解释重子不对称性
• 中微子质量在 η 和 N_j 的一环图下产生，m_ν 由受小的守恒对称性违背参数 tilde{λ}_5 和 Yukawa 耦合 h_{αj} 控制
• 在基准下模型给出 m_h ≈ 137 GeV，v_H ≈ 242 GeV，m_{hφ} ≈ 77 GeV，m_η ≈ 1484 GeV，M_{2,3} ≈ 1502 GeV，m_S ≈ 2322 GeV，以及小的希格斯- 发散耦合角 tanθ ≈ 0.04
• 再现的热史与玻尔兹曼方程分析支持 N1 的 freeze-in 产生以 实现 Ω_N1 h^2 = 0.12，在 M1 ≲ 45 GeV 条件下，结合模型耦合。