[論文レビュー] A New Perspective on Baryogenesis

Sacha Davidson, M. Losada+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2000

Photosynthetic Processes and Mechanisms被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、再加熱期における最大温度が再加熱温度を上回り得ることを提案しており、これにより標準模型の異常な (B+L) 違反過程が熱平衡に保たれる。このことは、ヒッグス粒子質量の 1 GeV という上界を緩和し、(B-L) やキラルな非対称性からのスフェラロン遷移によるバリオン非対称性生成を可能にする。これは、大規模な追加次元モデルに影響を及ぼす。

ABSTRACT

All we know observationally about the reheating temperature $T_r$ of the Universe is that it is larger than a few MeV to allow successful nucleosynthesis. We note that the maximum temperature during reheating can be much greater than the reheating temperature at which the Universe becomes radiation dominated. We show that the Standard Model anomalous $(B+L)$-violating processes can therefore be in thermal equilibrium for 1 GeV traditional upper bound on the Higgs mass coming from the requirement of the preservation of the baryon asymmetry may be relaxed. Alternatively, the baryon asymmetry may be reprocessed by sphaleron transitions either from a $(B-L) $ asymmetry generated by the Affleck-Dine mechanism or from a chiral asymmetry between $e_R$ and $e_L$ in a $B-L = 0$ Universe. Our findings are also relevant to the production of the baryon asymmetry in large extra dimension models.

研究の動機と目的

• 再加熱期における (B+L)-違背過程の役割を再評価することで、ヒッグス粒子質量に関する制約を再表現すること。
• 標準的な再加熱温度を超えて (B+L) 違反が熱平衡に保たれる場合、ヒッグス粒子質量の 1 GeV という標準的な上界が緩和可能かどうかを調査すること。
• B-L = 0 の宇宙において、スフェラロン遷移を通じて (B-L) 非対称性やキラル非対称性から代替のバリオン非対称性生成メカニズムを探索すること。
• これらのメカニズムが、再加熱ダイナミクスが異なる可能性のある大規模な追加次元モデルにどのように関連するかを評価すること。

提案手法

• 再加熱温度（放射優勢が開始する温度）と再加熱期におけるピーク温度の区別を含む、初期宇宙の熱的歴史を分析する。
• 標準的な再加熱温度を超える高温条件下で、標準模型の異常な (B+L)-違背過程の熱平衡状態を検討する。
• スフェラロン遷移ダイナミクスを用いて、初期非対称性（アフレック＝ダイン機構による (B-L) 非対称性や、右巻きと左巻き電子の間のキラル非対称性）を再処理する。
• 大規模な追加次元モデルにおけるバーリオン生成への影響を評価し、再加熱ダイナミクスがより高いピーク温度をもたらす可能性を検討する。
• 熱場理論を用いて、再加熱期における (B+L) 違反率が宇宙の膨張率に対してどの程度であるかを評価する。
• (B+L) 違反が熱平衡に保たれる条件と、バリオン非対称性を保存するための条件を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的な再加熱温度を超えて (B+L)-違背過程が熱平衡に保たれる場合、ヒッグス粒子質量の 1 GeV という上界は緩和可能か？
• RQ2 再加熱期におけるピーク温度は、バリオン数非対称性を再処理するスフェラロン遷移の効率にどのように影響するか？
• RQ3 アフレック＝ダイン機構によって生成された (B-L) 非対称性が、スフェラロン遷移を通じて成功裏にバリオン非対称性を生成できるか？
• RQ4 B-L = 0 の宇宙において、右巻きと左巻き電子状態間のキラル非対称性は、バリオン非対称性を生成するのに十分か？
• RQ5 これらのメカニズムは、大規模な追加次元モデルにおけるバーリオン生成にどのような影響を及ぼすか？

主な発見

• 再加熱期における最大温度は、標準的な再加熱温度を著しく上回り得る。これにより、(B+L)-違背過程が熱平衡に保たれる。
• この熱平衡状態により、従来のヒッグス粒子質量の 1 GeV という上界が緩和される。バリオン非対称性は、より高スケールの過程が存在しても保存可能である。
• スフェラロン遷移は、アフレック＝ダイン機構によって生成された (B-L) 非対称性を、純粋なバリオン数非対称性に再処理できる。
• $e_R$ と $e_L$ 状態間のキラル非対称性も、B-L = 0 の宇宙においてスフェラロン遷移を通じてバリオン非対称性の源として機能できる。
• これらの発見は、より高い再加熱温度が自然に生じ得る大規模な追加次元モデルに関連している。
• 本研究は、ピーク再加熱温度が十分に高い限り、高スケールの新物理を必要としないメカニズムによってもバーリオン生成が可能である可能性を示唆している。