[论文解读] Supersymmetric Model of Radiative Seesaw Majorana Neutrino Masses

Ernest Ma|ArXiv.org|Jul 12, 2006

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 10

一句话总结

该论文提出了一种Majorana中微子质量的辐射 seesaw 机制的超对称扩展，利用 $Z_2 \times Z_2'$ 对称性稳定最轻的 $N_i$ 状态，该状态通过标量和费米子交换介导单圈中微子质量生成。该模型实现了低尺度轻子生成（$\sim10^7$ GeV），并预测了一个多重分量的暗物质领域，其中包含多个稳定粒子，所有粒子在大型强子对撞机（LHC）上均可能被探测到。

ABSTRACT

The radiative seesaw mechanism proposed recently is minimally extended to include supersymmetry in a specific model. Relevant related issues such as leptogenesis and dark matter are discussed.

研究动机与目标

• 将辐射 seesaw 机制扩展至超对称框架，同时保留其关键特性。
• 解决在超对称背景下引入所需四次标量相互作用的挑战。
• 探索该模型中低尺度轻子生成和多重分量暗物质的可行性。
• 确保模型在大型强子对撞机（LHC）上仍具有现象学可行性和可检验性。

提出的方法

• 引入 $Z_2 \times Z_2'$ 离散对称性以分类超多重态并禁止不希望出现的项。
• 假设新的超多重态：$N_i$（Majorana 单重态）、$\eta_{1,2}$（双态标量）和 $\chi$（单态标量），并赋予其特定的 $Z_2$ 和 $Z_2'$ 量子数。
• 构建一个具有 Yukawa 耦合 $h_{ij}$、三线项 $\lambda_1, \lambda_2$ 和 $N_i$ 的 Majorana 质量项 $M_{ij}$ 的超势 $W$，确保中微子质量在单圈级别生成。
• 利用 $Z_2'$ 对称性禁止 $N_i$ 的树图 Majorana 质量，确保 seesaw 为辐射机制。
• 确保 $\eta^0_2$ 的真空期望值为零，从而避免标准 seesaw 机制。
• 推导涉及 $\tilde{N}_k$、$\tilde{\chi}$ 和 $\tilde{\eta}^0_2$ 作为内态的单圈中微子质量图。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不引入禁止项的前提下，将辐射 seesaw 机制一致地嵌入超对称框架？
• RQ2 $Z_2 \times Z_2'$ 对称性对中微子质量生成和轻子数破坏有何影响？
• RQ3 该模型能否在与引力子约束一致的前提下实现低尺度成功轻子生成？
• RQ4 该模型中暗物质的本质是什么，它是否可以由多个稳定粒子组成？
• RQ5 该模型中的新粒子（例如 $\eta_{1,2}$、$\chi$）是否可在 LHC 上被探测到？

主要发现

• 该模型通过 $Z_2 \times Z_2'$ 对称的超势实现了单圈辐射 Majorana 中微子质量，最轻的 $N_i$ 介导该过程。
• 由于圈因子的抑制，轻子生成在约 $10^7$ GeV 的低尺度下可行，远低于标准 seesaw 尺度。
• Davidson-Ibarra 轻子生成约束至少降低了两个数量级，使得更轻的 $N_i$ 不违反宇宙学约束成为可能。
• 暗物质为多重分量：在 $R$-宇称和 $Z_2'$ 对称性下稳定的粒子可共存，可能的贡献来自 $\tilde{N}_k$、$\tilde{\chi}$ 和 $\tilde{\eta}^0_1$，具体取决于质量层次。
• 新标量和费米子态（$\eta_{1,2}$、$\chi$、$\tilde{N}_i$）预计处于 TeV 量级，因此在大型强子对撞机上可被探测。