[論文レビュー] Baryogenesis with QCD Domain Walls

Robert Brandenberger, Igor Halperin+1 more|ArXiv.org|Aug 28, 1998

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、メタ安定真空を分けるドメイン壁を伴うQCD相転移における、新しいバリオゲネシス機構を提案する。ドメイン壁はθ角が非ゼロであるために分数のバリオン数を有し、その結果生じるバリオン数非対称性はQCD系におけるCP対称性の破れに起因する。また、メタ安定真空領域はダークマターに顕著な寄与を示す可能性がある。

ABSTRACT

We propose a new baryosymmetric mechanism for baryogenesis which takes place at the QCD scale and is based on the existence of domain walls separating the metastable vacua from the lowest energy vacuum. The walls acquire fractional negative and positive baryon charges, while the observed baryon asymmetry is due to a non-zero value of the $ θ$ angle at the temperatures near the QCD chiral phase transition. The regions of metastable vacuum bounded by walls carry a negative baryon charge and may contribute a significant fraction of the dark matter of the Universe.

研究の動機と目的

• QCDドメイン壁を含むメカニズムを通じて、観測された宇宙のバリオン数非対称性を説明すること。
• QCDの手術的相転移中にバリオン数非対称性を生成する際のθ角の役割を調査すること。
• ドメイン壁で囲まれたメタ安定真空領域が、ダークマターの顕著な割合を占めうるかどうかを検討すること。
• 提案されたバリオゲネシス状況における明示的CP対称性の破れの役割を明確にすること。
• QCD相転移と宇宙論的バリオン数生成との間に接続を確立すること。

提案手法

• QCD相転移を、真の真空からメタ安定真空を分けるドメイン壁を伴う一次相転移としてモデル化する。
• ドメイン壁の存在下での手術的異常によるバリオン数の破壊を分析し、壁に分数のバリオン数が存在することを導出する。
• θ角をCP対称性の破れの源とし、CP対称性を破り、ネットバリオン数生成を可能にする。
• 手術的相転移付近での有効場理論的手法を用いて、ドメイン壁が運ぶバリオン数を計算する。
• 宇宙論的影響を評価し、特にメタ安定真空領域がダークマターに与える寄与を検討する。
• 有効場理論と異常誘導電流計算を用いて、ドメイン壁上のバリオン数密度を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCD相転移中に形成されたドメイン壁は、ネットバリオン数非対称性を生成できるか？
• RQ2 θ角は、この状況におけるCP対称性の破れとバリオン数生成にどのように寄与するか？
• RQ3 ドメイン壁またはそれらが囲むメタ安定真空領域は、分数のバリオン数を有するか？
• RQ4 このメカニズムで生成されたバリオン数非対称性は、観測されたバリオン対光子比を説明できるか？
• RQ5 ドメイン壁で囲まれたメタ安定真空領域は、ダークマター密度に顕著な寄与を示すか？

主な発見

• QCD相転移におけるドメイン壁は、手術的異常とCP対称性の破れにより、分数のバリオン数を有することができる。
• 非ゼロのθ角が、相転移中にネットバリオン数非対称性を生成するために必要なCP対称性の破れを提供する。
• ドメイン壁で囲まれたメタ安定真空領域は負のバリオン数を有し、ダークマターの顕著な割合を占める可能性がある。
• θ角が10^-9から10^-10のオーダーであれば、このメカニズムは観測されたバリオン対光子比と整合的である。
• 明示的CP対称性の破れは、非ゼロのバリオン数非対称性を生成するために不可欠であり、改訂版でその役割が明確化された。
• このモデルは、電弱バリオゲネシスとは異なり、QCDスケールで作用するバリオ対称的バリオゲネシスメカニズムを提供する。