[論文レビュー] Baryon asymmetry and detectable Gravitational Waves from Electroweak phase transition

Ruiyu Zhou, Ligong Bian|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2020

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 76被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、2つのヘイグス二重項模型（2HDM）が、電弱転移期に検出可能な重力波を生成すると同時に、観測された宇宙のバリオン非対称性を説明できるかを調査する。非局所的バリオン生成は、理論的および実験的制約のため、タイプIおよびタイプIIの2HDMでは失敗するが、電子電気双極子モーメントの測定値に収まるCP対称性の破れを含む局所的バリオン生成は、バリオン非対称性と検出可能な重力波の両方を成功裏に生成できる。

ABSTRACT

We study the possibility of achieving baryon asymmetry explanation and detectable gravitational wave from the Electroweak phase transition with two Higgs doublet models. With the type-I and type-II 2HDM, we found that it is hard to account for the observed baryon asymmetry of the Universe with the non-local Electroweak baryogenesis, and current theoretical and experimental bounds make most parameter spaces fail to produce detectable gravitational waves. We find that it is possible to address baryon asymmetry of the Universe and predict detectable gravitational wave during the phase transition with local Electroweak baryogengesis after considering the CP-violation magnitude allowed by the current electron electric dipole moment measurements.

研究の動機と目的

• 2HDMが、観測されたバリオン非対称性を同時に説明し、電弱転移期に検出可能な重力波を生成できるかどうかを調査すること。
• 現在の理論的および実験的制約下で、タイプIおよびタイプIIの2HDMにおける非局所的電弱バリオン生成の実現可能性を評価すること。
• 電子電気双極子モーメントの測定値に一致するCP対称性の破れを含む局所的電弱バリオン生成が、バリオン非対称性と検出可能な重力波信号の両方を生成できるかどうかを特定すること。
• 宇宙論的および重力波検出基準を満たす2HDMのパラメータ空間を同定すること。

提案手法

• 有効場理論および有限温度場理論の手法を用いて、タイプIおよびタイプIIの2HDMにおける電弱転移を分析する。
• ヘイグス系におけるCP対称性の破れを含む、非局所的および局所的メカニズムによるバリオン生成を評価する。
• 電子電気双極子モーメント（EDM）測定値を適用し、モデル内のCP対称性の破れの大きさを制限する。
• 1ループ有効ポテンシャルおよびバブル壁の力学を用いて、相転移からの重力波スペクトルを計算する。
• LISAやEinstein Telescopeといった将来の検出器の感度曲線と、予測された重力波の振幅を比較する。
• バリオン非対称性と検出可能な重力波が共存するパラメータ領域をマッピングする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプIおよびタイプIIの2HDMは、現在の制約下で非局所的電弱バリオン生成により十分なバリオン非対称性を生成できるか？
• RQ2 理論的および実験的限界は、2HDMにおける検出可能な重力波のパラメータ空間をどの程度制限するか？
• RQ3 2HDMにおける局所的電弱バリオン生成は、観測されたバリオン非対称性と検出可能な重力波信号の両方を生成できるか？
• RQ4 電子EDMの制約は、2HDMにおけるバリオン生成および重力波生成のためのCP対称性の破れの相互作用の実現可能性にどのような影響を与えるか？
• RQ5 2HDMのどのパラメータ空間が、バリオン非対称性と検出可能な重力波の両方の実現を可能にするか？

主な発見

• タイプIおよびタイプIIの2HDMにおける非局所的電弱バリオン生成は、きびしい理論的および実験的制約のため、観測されたバリオン非対称性を生成できない。
• タイプIおよびタイプIIの2HDMの大多数のパラメータ空間では、電弱精度テストおよびEDM測定値からの制限により、検出可能な重力波を生成できない。
• 電子EDMの限界内に収まるCP対称性の破れを含む局所的電弱バリオン生成は、観測されたバリオン非対称性を成功裏に生成できる。
• 同じCP対称性の破れのパラメータ領域において、将来的な宇宙望遠鏡および地上型干渉計で検出可能な振幅の重力波信号が得られる。
• バリオン非対称性と検出可能な重力波の共存は、EDMデータによるCP対称性の破れの制限を受ける局所的バリオン生成が考慮された場合にのみ2HDMで実現可能である。
• 本研究では、宇宙論的および重力波観測の両方と観測結果が整合する、狭いが実現可能な2HDMのパラメータ窓を同定した。