[论文解读] The Seesaw mechanism in the $\mu u$SSM

Daniel E. López-Fogliani|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 7

一句话总结

该论文在$\mu\nu$SSM中提出了一种跷跷板机制，通过右手中微子超多重态同时生成中微子质量与$\mu$-项。通过显式R-宇称破坏，使MSSM中性ino与左、右手中微子混合，该模型仅使用对角中微子Yukawa矩阵和电弱尺度跷跷板机制，重现了观测到的中微子质量与混合角，包括三最大混合。

ABSTRACT

The $\\mu \ u$SSM proposes to use right-handed neutrino supermultiplets in order to generate the $\\mu$ term and neutrino masses simultaneously. We discuss neutrino physics and the associated electroweak seesaw mechanism in this model. We show how to obtain, from the neutralino-neutrino mass matrix of the $\\mu \ u$SSM, the effective neutrino mass matrix. In particular we discuss certain limits of this matrix that clarify the neutrino-sector behavior of the model. We also show that current data on neutrino masses and mixing angles can easily be reproduced. These constraints can be fulfilled even with a diagonal neutrino Yukawa matrix, since this seesaw does not involve only the right-handed neutrinos but also the MSSM neutralinos. To obtain the correct neutrino angles turns out to be easy due to the following characteristics of this seesaw: R-parity is broken and the relevant scale is the electroweak one.

研究动机与目标

• 在无需微调的超对称框架内解释$\mu$-项与中微子质量的起源。
• 通过右手中微子真空期望值动态生成$\mu$-项，解决MSSM中的$\mu$-问题。
• 在标准模型的最小超对称扩展中重现当前中微子振荡数据，包括大混合角。
• 证明大中微子混合角可由于在跷跷板机制中引入中性ino而从对角Yukawa矩阵中产生。

提出的方法

• 构建包含R-宇称破坏项贡献的$\mu\nu$SSM中性ino-中微子质量矩阵。
• 利用跷跷板机制，从完整的中性ino-中微子混合矩阵推导出有效中微子质量矩阵。
• 在极限情况（如$\mu$-$\tau$ Yukawa耦合简并）下分析矩阵，以阐明中微子 sector 的行为。
• 使用有效质量矩阵的特征值与特征向量的解析表达式，将其映射到观测到的混合模式。
• 通过固定Yukawa耦合、软对称性破缺质量与右手中微子标量真空期望值等参数，使计算结果与实验观测的中微子质量分裂与混合角一致。
• 证明通过特定参数选择，可实现三最大混合（$\sin^2\theta_{13}=0$，$\sin^2\theta_{23}=1/2$，$\sin^2\theta_{12}=1/3$）于跷跷板矩阵中。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在仅使用对角中微子Yukawa矩阵的前提下，使$\mu\nu$SSM重现观测到的中微子质量分裂与混合角？
• RQ2 在跷跷板机制中引入MSSM中性ino如何影响中微子质量矩阵与混合模式？
• RQ3 在电弱尺度下R-宇称破坏对本模型中中微子质量生成有何影响？
• RQ4 该模型能否在不引入非对角Yukawa耦合的情况下实现三最大混合？
• RQ5 当前中微子数据对$\mu\nu$SSM的参数空间（特别是跷跷板尺度与真空期望值）施加了哪些约束？

主要发现

• 该$\mu\nu$SSM实现了电弱尺度跷跷板机制，其中$\mu$-项与中微子质量通过右手中微子真空期望值同时生成。
• 该模型在无需非对角Yukawa耦合的前提下，成功重现了当前中微子振荡数据，包括太阳与大气质量分裂及大混合角。
• 通过调节参数使$c = A + B - d$，可实现三最大混合，此时$\sin^2\theta_{13} = 0$，$\sin^2\theta_{23} = 1/2$，$\sin^2\theta_{12} = 1/3$。
• 该跷跷板机制由R-宇称破坏驱动，中性ino与中微子发生混合，即使Yukawa矩阵为对角，也能产生大混合角。
• 该模型允许正常与倒叙中微子质量谱，正确谱型由参数约束$|A - B| < |2(A + B) - d|$选择。
• 中微子Yukawa耦合自然较小（$\sim 10^{-6}$），与电弱尺度跷跷板一致，且避免了高能尺度跷跷板的需求。