[论文解读] Sneutrino Leptogenesis at the Electroweak Scale

John Ellis, Sin Kyu Kang|ArXiv.org|May 18, 2005

Neutrino Physics Research被引用 5

一句话总结

本文提出了一种通过左手中微子超伴粒子的非平衡衰变实现电弱尺度轻子生成的新机制，其CP破坏源于非零马约拉纳中微子质量下由软超对称性破坏引起的CP破坏性混合。该机制可产生足以解释宇宙中观测到的重子不对称性的轻子不对称性，预测的CP不对称性量级为10⁻⁶–10⁻⁷，可能通过对撞机中的同号 dilepton 信号观测到。

ABSTRACT

We propose an alternative mechanism for leptogenesis at the electroweak scale, through the decays of a left-handed sneutrino. This scenario may be realized in supersymmetric models with non-zero Majorana masses for the neutrino superfield that lead to mixing and mass splitting between the left-handed sneutrino and the corresponding antisneutrino. Soft supersymmetry breaking provides new sources of CP violation in sneutrino-antisneutrino mixing that can generate a lepton asymmetry in decays of the left-handed sneutrino. We show how the three Sakharov conditions for generating the observed baryon asymmetry of the Universe can be fulfilled in this restrictive framework.

研究动机与目标

• 提出一种在电弱尺度生成宇宙重子不对称性的新机制，避免传统轻子生成机制中所需的高能标。
• 探讨在超对称模型中，软超对称性破坏项如何为中微子-反中微子混合提供新的CP破坏来源。
• 证明在该低能框架下，所有三个萨赫罗夫条件——重子/轻子数违反、C和CP破坏以及偏离热平衡——均可满足。
• 评估该机制在产生观测到的重子不对称性方面的可行性，并识别潜在的对撞机信号。

提出的方法

• 该模型引入一个左手中微子超伴粒子，其通过中微子超多重态中非零马约拉纳质量引起的质量劈裂与反粒子混合。
• 中微子-反中微子混合由超对称性关联的ΔL=2相互作用导出的$ ilde{ u}$-$ar{ ilde{ u}}$混合参数驱动。
• CP破坏源于混合参数$A_ u$的虚部，该虚部由软超对称性破坏项生成。
• 通过涉及质量劈裂$ riangle m_{ ilde{ u}}$、衰变宽度$ ilde{ u}$以及混合振幅虚部的公式，计算中微子衰变中的CP不对称性$ar{ ho}$。
• 考虑中微子密度与轻子不对称性的玻尔兹曼方程，效率因子$ ilde{ ho}$估计为数量级1。
• 通过大统一重组合因子与平衡中微子产额，推导出最终的重子不对称性，得出$n_B/s$的定量预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 电弱尺度的左手中微子超伴粒子能否产生足够大的轻子不对称性以解释宇宙中观测到的重子不对称性？
• RQ2 软超对称性破坏项能否为中微子-反中微子混合提供可行的CP破坏来源？
• RQ3 在低能超对称框架下，能否同时满足所有三个萨赫罗夫条件——重子/轻子数违反、CP破坏以及偏离热平衡？
• RQ4 该机制的对撞机信号特征是什么，特别是中微子-反中微子对衰变产生的同号 dilepton 事件？
• RQ5 由 chargino、neutralino 和中微子超伴粒子介导的洗刷过程如何影响该场景下的最终轻子不对称性？

主要发现

• 该模型通过左手中微子超伴粒子的非平衡衰变实现了电弱尺度轻子生成，其中必要的CP破坏来自中微子-反中微子混合中由软-SUSY 破坏项引起的效应。
• CP不对称性$ar{ ho}$估计为10⁻⁶至10⁻⁷量级，当与数量级为1的效率因子$ ilde{ ho}$结合时，足以产生观测到的重子不对称性。
• 数值估算得到$|ar{ ho}| imes ilde{ ho} hicksim 10^{-6} - 10^{-7}$，与观测到的$n_B/s hicksim (3.4-6.9) imes 10^{-10}$一致。
• 当$A_N$、$B_N$和$ ilde{ u}$质量处于同一数量级时，质量劈裂$ riangle m_{ ilde{ u}}$估计约为10⁻² eV，可实现显著混合。
• 该场景预测了通过$ ilde{ u}$-$ar{ ilde{ u}}$对衰变产生的同号 dilepton 事件作为对撞机信号，尽管CP不对称性可能太小，短期内难以观测。
• 由于 chargino/neutralino 和中微子超伴粒子介导的散射速率受到玻尔兹曼抑制，洗刷过程被抑制，使得生成的不对称性有较大比例得以保留。